Эукариотические микроорганизмы (протисты) агроэкосистем

Amoebozoa

Супергруппа Amoebozoa включает амёб и слизевиков. Эти организмы характеризуются способностью образовывать псевдоподии — временные выросты цитоплазмы, используемые для движения и захвата пищи. Среди Amoebozoa встречаются как свободноживущие формы, так и паразиты (Adl et al., 2012; Ruppert et al., 2008).

В почвенных экосистемах амёбы являются одними из наиболее многочисленных и разнообразных протистов. Они активно участвуют в регуляции численности бактерий и в круговороте питательных веществ (Geisen et al., 2018).

Excavata

Супергруппа Excavata объединяет жгутиконосцев с характерным строением клетки, включающим так называемую «экскаватную» борозду — углубление на поверхности клетки, используемое для питания. К этой группе относятся как свободноживущие формы, так и паразиты, включая возбудителей серьёзных заболеваний человека и животных (например, Giardia, Trichomonas) (Adl et al., 2012; Hickman et al., 2004).

В почвах Excavata представлены преимущественно гетеротрофными жгутиконосцами, которые питаются бактериями и участвуют в разложении органического вещества (Geisen et al., 2018).

SAR (Stramenopiles, Alveolata, Rhizaria)

Супергруппа SAR — одна из крупнейших и наиболее разнообразных групп эукариот. Она включает три основные линии (Adl et al., 2012; Geisen et al., 2018):

Stramenopiles (или Heterokonta) — группа, характеризующаяся наличием двух разных жгутиков (один с трёхчастными трубчатыми волосками, другой гладкий). К Stramenopiles относятся диатомовые водоросли, бурые водоросли, оомицеты (включая Phytophthora infestans — возбудителя фитофтороза картофеля) и другие группы.

Alveolata — группа, объединяющая инфузорий (Ciliophora), апикомплексов (Apicomplexa, включая возбудителей малярии — Plasmodium) и динофлагеллят (Dinoflagellata). Характерная черта Alveolata — наличие альвеол (мембранных мешочков) под клеточной мембраной (Adl et al., 2012; Hickman et al., 2004).

Rhizaria — группа, включающая фораминифер, радиолярий, церкозоев и фитомиксеев (в том числе Plasmodiophora brassicae — возбудителя килы капусты). Многие Rhizaria образуют тонкие псевдоподии (филоподии или ретикулоподии) для питания и движения (Adl et al., 2012; Geisen et al., 2018).

Archaeplastida

Супергруппа Archaeplastida включает организмы, чьи пластиды произошли путём первичного эндосимбиоза с цианобактерией. К этой группе относятся красные водоросли, зелёные водоросли и высшие растения. В контексте протистов нас интересуют прежде всего одноклеточные зелёные водоросли, которые встречаются в почвах и водоёмах (Adl et al., 2012; Raven et al., 2013).

Другие супергруппы

Помимо перечисленных, выделяют также супергруппы Cryptista, Haptista, а также ряд организмов неясного систематического положения. Некоторые из них встречаются в почвах, но их роль в агроэкосистемах изучена недостаточно (Adl et al., 2012).

Голые амёбы

Голые амёбы (naked amoebae) — это организмы, лишённые раковинки или теки. Их клетка окружена только плазматической мембраной, что позволяет им менять форму тела и активно перемещаться в почвенных порах (Bonkowski et al., 2012).

В почвах голые амёбы представлены несколькими морфологическими типами. Наиболее крупные из них, такие как Amoeba proteus, достигают 250–600 мкм в диаметре и хорошо известны как классические объекты для изучения амёбоидного движения (Hickman et al., 2004). Однако в почвах преобладают более мелкие формы, размеры которых составляют 15–100 мкм в ширину, при толщине всего около 1 мкм, когда они прикреплены к поверхности (Bonkowski et al., 2012).

Среди голых амёб выделяют несколько экологических групп. Некоторые виды, например Acanthamoeba и Naegleria, являются факультативными патогенами человека и животных, что имеет санитарное значение (Geisen et al., 2018; Bonkowski et al., 2012). Другие, такие как Hartmannella, обитают исключительно в почве и воде, питаясь бактериями.

Важно отметить, что голые амёбы могут служить резервуаром для патогенных бактерий. Как отмечают Geisen et al. (2018), такие бактерии, как Legionella, Chlamydia, Listeria и Salmonella, могут выживать внутри клеток амёб, что защищает их от неблагоприятных условий внешней среды и дезинфицирующих средств. Это явление получило название «троянский конь» микробного мира (Bonkowski et al., 2012).

Раковинные амёбы

Раковинные амёбы (testate amoebae) отличаются наличием раковинки (теки), которая может быть построена из органического материала, кремния или минеральных частиц, склеенных органическим цементом (Bonkowski et al., 2012; Ruppert et al., 2008).

Раковинные амёбы широко распространены в почвах, особенно во влажных и кислых местообитаниях, таких как болота, торфяники и лесная подстилка. Их численность может достигать 30 000 особей на грамм сухой почвы (Bonkowski et al., 2012). В агроэкосистемах раковинные амёбы встречаются реже, чем голые, но всё же играют важную роль в почвенных процессах.

Среди раковинных амёб выделяют несколько основных родов. Arcella имеет куполообразную раковинку из органического материала (Ruppert et al., 2008). Difflugia строит раковинку из минеральных частиц, захваченных из окружающей среды (Ruppert et al., 2008; Hickman et al., 2004). Euglypha обладает раковинкой из кремниевых чешуек (Ruppert et al., 2008). Trinema и Corythion — мелкие формы с характерной раковинкой (Bonkowski et al., 2012).

Раковинные амёбы играют важную роль в круговороте кремния в почвах. Как отмечают Geisen et al. (2018), гиалосфенидные раковинные амёбы, питающиеся эуглифидами, участвуют в цикле кремния, а их эволюционные радиации совпадают с крупными изменениями в составе наземной растительности и климата.

Слизевики (миксомицеты)

Слизевики, или миксомицеты (Myxomycetes), — это уникальная группа протистов, которая на разных стадиях жизненного цикла представлена как одноклеточными, так и многоядерными формами (Ruppert et al., 2008; Hickman et al., 2004).

Плазмодиальная стадия миксомицетов представляет собой многоядерную, лишённую клеточной стенки массу цитоплазмы, способную к амёбоидному движению и фагоцитозу. Плазмодий может достигать нескольких сантиметров в диаметре и хорошо виден невооружённым глазом (Raven et al., 2013). В почвах миксомицеты встречаются в лесной подстилке, на гниющей древесине, в верхних горизонтах почвы (Geisen et al., 2018).

При неблагоприятных условиях плазмодий преобразуется в плодовые тела (спорангии), содержащие споры. Споры могут длительное время сохраняться в почве и прорастать при наступлении благоприятных условий (Ruppert et al., 2008).

В агроэкосистемах миксомицеты встречаются реже, чем в естественных местообитаниях, поскольку они чувствительны к механической обработке почвы и внесению удобрений. Однако они могут играть определённую роль в разложении органического вещества и регуляции численности бактерий (Geisen et al., 2018).

Следует отметить, что миксомицеты не являются патогенами растений, хотя некоторые виды могут вызывать повреждения культурных растений при массовом размножении на поверхности почвы (Ruppert et al., 2008).

Гетеротрофные жгутиконосцы

Гетеротрофные жгутиконосцы — одна из наиболее многочисленных групп почвенных протистов. Их численность в почвах может достигать 10⁴–10⁵ особей на грамм (Bonkowski et al., 2012).

Большинство почвенных жгутиконосцев имеют мелкие размеры — 4–15 мкм в длину (Bonkowski et al., 2012). Они способны протискиваться через поры диаметром всего 3 мкм благодаря гибкой клеточной мембране. Жгутики используются не только для плавания, но и для создания питательного тока, который привлекает бактериальные клетки.

Среди гетеротрофных жгутиконосцев выделяют несколько экологических групп. Церкомонады (Cercomonads) — одни из наиболее abundant почвенных жгутиконосцев, способные как плавать, так и прикрепляться к поверхности (Geisen et al., 2018). Глиссомонады (Glissomonads) — доминирующие глидующие жгутиконосцы в почвах (Geisen et al., 2018). Кинетопластиды (Kinetoplastida) включают как свободноживущие формы (например, Bodo), так и паразитов (например, Trypanosoma, Leishmania) (Ruppert et al., 2008).

Гетеротрофные жгутиконосцы играют ключевую роль в бактериальной петле (microbial loop), контролируя численность бактерий и высвобождая питательные вещества в доступной для растений форме (Bonkowski et al., 2012; Clarholm, 1985).

Фототрофные жгутиконосцы

Фототрофные жгутиконосцы, или одноклеточные водоросли, способны к фотосинтезу благодаря наличию хлоропластов. В почвах они встречаются преимущественно в верхних горизонтах, куда проникает свет (Raven et al., 2013; Geisen et al., 2018).

Среди почвенных фототрофных жгутиконосцев наиболее обычны зелёные водоросли (Chlorophyta), такие как Chlamydomonas, Chlorella, Scenedesmus (Raven et al., 2013). Они могут образовывать симбиотические ассоциации с грибами (лишайники) или с другими организмами (Geisen et al., 2018).

Диатомовые водоросли (Bacillariophyceae) также встречаются в почвах, особенно во влажных местообитаниях. Их кремниевые панцири хорошо сохраняются в почве и могут использоваться для палеоэкологических реконструкций (Geisen et al., 2018).

Фототрофные протисты вносят вклад в первичную продукцию почвенных экосистем, особенно в аридных и семиаридных регионах, где они формируют биологические корки (biocrusts) (Geisen et al., 2018; Weil, 2017).

Хищные инфузории

Хищные инфузории питаются другими протистами, включая инфузорий, жгутиконосцев и амёб. Они играют важную роль в регуляции численности других микроорганизмов (Ruppert et al., 2008).

Классическим примером хищной инфузории является Didinium, которая питается исключительно парамециями. Didinium имеет бочковидное тело с характерным хоботком, который используется для захвата добычи. При контакте с парамецией Didinium выстреливает токсицисты, парализующие жертву, а затем заглатывает её целиком (Ruppert et al., 2008; Hickman et al., 2004).

Другие хищные инфузории, такие как Dileptus и Litonotus, также используют токсицисты для обездвиживания добычи (Ruppert et al., 2008). В почвах хищные инфузории могут регулировать численность бактериофагов и детритофагов, влияя на потоки энергии в почвенной пищевой сети (Geisen et al., 2018).

Бактериофаги

Бактериофаги (бактериоядные инфузории) питаются бактериями, создавая токи воды с помощью ресничек, которые направляют бактериальные клетки в клеточный рот (цитостом) (Ruppert et al., 2008; Hickman et al., 2004).

Типичным представителем бактериофагов является Paramecium, которая питается бактериями, водорослями и другими мелкими организмами (Hickman et al., 2004). В почвах бактериофаги представлены преимущественно мелкими формами, такими как Colpoda, Cyclidium, Uronema (Bonkowski et al., 2012; Geisen et al., 2018).

Бактериоядные инфузории играют ключевую роль в бактериальной петле, высвобождая азот и фосфор в форме, доступной для растений (Bonkowski et al., 2012; Clarholm, 1985). Как отмечает Bonkowski et al. (2012), инфузории имеют короткое время генерации (несколько часов при достатке пищи) и высокую скорость потребления бактерий, что делает их важным звеном в почвенной пищевой сети.

Детритофаги

Детритофаги (детритоядные инфузории) питаются органическими частицами, разлагающимися растительными и животными остатками. Они играют важную роль в разложении органического вещества, ускоряя его минерализацию (Bonkowski et al., 2012).

Детритофаги обычно крупнее бактериофагов и имеют более сложно организованный ротовой аппарат (Ruppert et al., 2008). Они могут питаться как непосредственно органическими частицами, так и микроорганизмами, развивающимися на них.

В почвах детритофаги представлены такими родами, как Stentor, Spirostomum, Blepharisma (Ruppert et al., 2008). Они могут достигать значительных размеров (до 2 мм) и вносить существенный вклад в разложение органического вещества.

Раковинные амёбы (эуглифиды)

Эуглифиды (Euglyphida) — это раковинные амёбы, относящиеся к церкозоям. Их раковинка построена из кремниевых чешуек, которые могут быть круглыми, овальными или удлинёнными (Ruppert et al., 2008; Geisen et al., 2018).

Эуглифиды широко распространены в почвах, особенно во влажных и кислых местообитаниях. Они питаются бактериями, грибами и мелкими протистами, используя тонкие филоподии, которые выходят через устье раковинки (Ruppert et al., 2008; Geisen et al., 2018).

Среди эуглифид наиболее обычны роды Euglypha, Trinema, Assulina, Placocista (Ruppert et al., 2008; Bonkowski et al., 2012). Они играют важную роль в круговороте кремния, поскольку их раковинки построены из кремния, а после отмирания клеток кремний возвращается в почву (Geisen et al., 2018).

Солнечники

Солнечники (Heliozoa) — это группа протистов, характеризующаяся сферической формой тела и наличием многочисленных тонких псевдоподий (аксоподий), радиально расходящихся от клетки (Ruppert et al., 2008; Hickman et al., 2004).

Аксоподии солнечников поддерживаются пучками микротрубочек и используются для захвата добычи, а также для парения в воде (Ruppert et al., 2008). Некоторые солнечники имеют стебелёк для прикрепления к субстрату (Ruppert et al., 2008).

В почвах солнечники встречаются реже, чем в водоёмах, но всё же могут быть обнаружены во влажных местообитаниях. Они питаются бактериями, другими протистами и мелкими беспозвоночными (Ruppert et al., 2008; Geisen et al., 2018).

Среди почвенных солнечников наиболее обычны роды Actinophrys, Actinosphaerium, Clathrulina (Ruppert et al., 2008). Они играют роль хищников в почвенной пищевой сети, регулируя численность других микроорганизмов.

Диатомовые водоросли

Диатомовые водоросли (Bacillariophyceae) — это группа фотосинтезирующих протистов, характеризующаяся наличием кремниевого панциря, состоящего из двух створок (Raven et al., 2013).

В почвах диатомовые встречаются в верхних горизонтах, где достаточно света для фотосинтеза. Они могут образовывать биологические корки на поверхности почвы, особенно в аридных регионах (Geisen et al., 2018).

Диатомовые играют важную роль в круговороте кремния в почвах. Их кремниевые панцири сохраняются в почве в течение длительного времени и могут использоваться для палеоэкологических исследований (Geisen et al., 2018).

Зелёные водоросли

Зелёные водоросли (Chlorophyta) — наиболее разнообразная группа почвенных водорослей. Они содержат хлорофиллы a и b и запасают крахмал (Raven et al., 2013).

В почвах зелёные водоросли представлены одноклеточными и колониальными формами. Наиболее обычны роды Chlamydomonas, Chlorella, Scenedesmus, Stichococcus (Raven et al., 2013; Geisen et al., 2018).

Зелёные водоросли могут вступать в симбиотические отношения с грибами, образуя лишайники. Лишайники играют важную роль в почвообразовании, особенно на первичных субстратах (Raven et al., 2013).

Цианобактерии

Цианобактерии (Cyanobacteria) — это прокариотические фотосинтезирующие организмы, которые традиционно рассматривались вместе с водорослями (Raven et al., 2013; Weil, 2017).

Цианобактерии широко распространены в почвах, особенно в рисовых полях и других переувлажнённых местообитаниях. Они способны фиксировать атмосферный азот, что делает их важным компонентом азотного цикла в агроэкосистемах (Weil, 2017).

Некоторые цианобактерии образуют симбиотические ассоциации с растениями (например, с водным папоротником Azolla) и используются в качестве биоудобрений (Weil, 2017).

Микроскопия

Традиционные методы изучения протистов основаны на световой микроскопии. Для идентификации используются морфологические признаки: форма клетки, размер, наличие и строение раковинки, расположение жгутиков или ресничек, строение ядерного аппарата (Bonkowski et al., 2012; Ruppert et al., 2008).

Для изучения тонкого строения клетки применяется электронная микроскопия (трансмиссионная и сканирующая), которая позволяет выявить ультраструктурные признаки, важные для таксономии (Ruppert et al., 2008; Geisen et al., 2018).

Однако микроскопия имеет ограничения: многие протисты морфологически неразличимы (криптические виды), а их идентификация требует высокой квалификации исследователя (Geisen et al., 2018; Lentendu et al., 2022).

Культивирование

Культивирование протистов на искусственных средах позволяет получить чистые культуры для детального изучения. Для выделения протистов из почвы используются методы разведения, обогащения и клонирования (Bonkowski et al., 2012; Geisen et al., 2018).

Однако большинство почвенных протистов не поддаются культивированию на стандартных средах, что ограничивает применение этого метода (Geisen et al., 2018).

Молекулярные методы

Современные молекулярные методы, прежде всего анализ последовательностей гена 18S рРНК, позволяют выявить разнообразие протистов без их культивирования (Lentendu et al., 2022; Geisen et al., 2018).

Метабаркодинг — метод, основанный на амплификации и секвенировании определённого участка гена 18S рРНК (например, регионов V4 или V9) из тотальной ДНК, выделенной из почвы (Lentendu et al., 2022). Этот подход позволяет выявить сотни и тысячи операционных таксономических единиц (OTU) в одном образце почвы.

Для идентификации последовательностей используются специализированные базы данных, такие как PR² (Protist Ribosomal Reference database) и SILVA (Quast et al., 2012; Lentendu et al., 2022). Эти базы содержат курированные последовательности 18S рРНК с таксономической информацией.

Метабаркодинг имеет ряд ограничений: неравномерность амплификации разных групп, наличие интронов в гене 18S рРНК, неполнота баз данных (Lentendu et al., 2022; Geisen et al., 2018). Тем не менее, это наиболее мощный метод для изучения разнообразия почвенных протистов.

Проблемы идентификации протистов

Идентификация почвенных протистов сопряжена с рядом проблем (Geisen et al., 2018; Lentendu et al., 2022):

Криптические виды. Многие протисты морфологически неразличимы, но генетически и экологически различаются. Это затрудняет оценку истинного разнообразия.

Полиморфизм. Некоторые протисты имеют сложные жизненные циклы с несколькими морфологически различными стадиями, что затрудняет их идентификацию.

Отсутствие универсальных маркеров. Не существует единого молекулярного маркера, который подходил бы для идентификации всех групп протистов.

Неполнота баз данных. Многие последовательности, полученные из окружающей среды, не имеют близких совпадений в базах данных, что затрудняет их таксономическую идентификацию.

Концепция микробной петли

Ключевым понятием, описывающим роль протистов в почвенных процессах, является «микробная петля» (microbial loop). Эта концепция была первоначально разработана для водных экосистем, но затем адаптирована для почв благодаря работам шведской исследовательницы Марианны Клархольм (Clarholm, 1985).

Суть микробной петли в почве состоит в следующем. Растения выделяют через корни органические соединения (корневые экссудаты), которые стимулируют рост бактерий в ризосфере. Бактерии, в свою очередь, иммобилизуют (закрепляют) азот и другие питательные элементы в своей биомассе. Если бы бактерии не потреблялись другими организмами, эти питательные элементы оставались бы «запертыми» в бактериальных клетках и были бы недоступны для растений (Clarholm, 1985; Bonkowski et al., 2012).

Протисты, питаясь бактериями, «размыкают» эту петлю: они потребляют бактериальную биомассу, а избыток питательных элементов (прежде всего азота) выделяют в окружающую среду в форме, доступной для растений. Таким образом, протисты выступают как ключевое звено, связывающее бактериальную продукцию с потребностями растений (Clarholm, 1985; Bonkowski et al., 2012; Geisen et al., 2018).

Масштабы потребления бактерий протистами

Масштабы потребления бактерий протистами в почвах огромны. Как отмечают Bonkowski et al. (2012), в одном грамме почвы могут обитать десятки тысяч особей протистов, каждая из которых потребляет сотни и тысячи бактериальных клеток в час.

Для иллюстрации: одна инфузория Paramecium способна потреблять до 1000 бактериальных клеток в час, а амёбы и жгутиконосцы — сотни клеток в час (Bonkowski et al., 2012). Учитывая, что численность протистов в почве может достигать 10⁴–10⁵ особей на грамм, общее потребление бактерий составляет значительную долю их продукции (Geisen et al., 2018).

Исследования показывают, что протисты могут потреблять от 20 до 50% бактериальной продукции в почвах (Bonkowski et al., 2012). Это означает, что без протистов численность бактерий была бы значительно выше, а их сообщество — иным по составу.

Избирательное питание и структура бактериальных сообществ

Важно подчеркнуть, что протисты питаются не всеми бактериями indiscriminately. Как отмечают Geisen et al. (2018), протисты проявляют избирательность в питании, предпочитая определённые группы бактерий.

Исследования показали, что протисты предпочитают бактерии без пигментов, токсинов, филаментов и внешних слизистых оболочек (Bonkowski et al., 2012). Грам-отрицательные бактерии, как правило, предпочитаются грам-положительным (Bonkowski et al., 2012). Кроме того, размер бактериальных клеток имеет значение: крупные клетки потребляются активнее, чем мелкие (Geisen et al., 2018).

Избирательное питание протистов приводит к формированию определённой структуры бактериальных сообществ. Как показали эксперименты, присутствие разных видов амёб и жгутиконосцев приводит к формированию разных бактериальных сообществ (Geisen et al., 2018). Это происходит потому, что одни бактерии активно потребляются, а другие — избегают хищничества и получают конкурентное преимущество (Geisen et al., 2018; Bonkowski et al., 2012).

Более того, бактерии выработали разнообразные защитные стратегии против протистов: изменение размера клеток, образование колоний, выделение токсичных соединений, активное движение (Geisen et al., 2018; Fujino et al., 2025). Эти защитные механизмы, в свою очередь, могут влиять на состав бактериальных сообществ и их функциональные свойства.

Взаимодействие с бактериями-антагонистами фитопатогенов

Особый интерес представляет взаимодействие протистов с бактериями, подавляющими фитопатогены. Как показали исследования Jousset et al. (2006, 2010), присутствие протистов стимулирует продукцию бактериями вторичных метаболитов, включая антибиотики и токсины, которые подавляют рост патогенов.

Это явление получило название «косвенного механизма» подавления патогенов (indirect mechanism) (Fujino et al., 2025). Суть его состоит в том, что протисты, потребляя бактерий, создают селективное давление, которое благоприятствует бактериям, производящим защитные соединения. Эти соединения, в свою очередь, подавляют рост фитопатогенных грибов и оомицетов (Fujino et al., 2025; Geisen et al., 2018).

Таким образом, протисты не только регулируют численность бактерий, но и влияют на их функциональные свойства, стимулируя развитие бактерий-антагонистов фитопатогенов.

Механизмы высвобождения питательных веществ

Одной из важнейших функций протистов в почве является их участие в круговороте питательных веществ. Как уже отмечалось, протисты потребляют бактерий, а избыток питательных элементов, которые они не могут использовать для собственного роста, выделяют в окружающую среду (Clarholm, 1985; Bonkowski et al., 2012).

Этот процесс обусловлен тем, что соотношение C:N у протистов выше, чем у их бактериальной пищи. Бактерии имеют C:N отношение около 3:1–4:1, тогда как протисты — около 8:1–12:1 (Bonkowski et al., 2012). Это означает, что при потреблении бактериальной биомассы протисты получают избыток азота относительно углерода, и этот избыток выделяется в форме аммония (NH₄⁺) (Clarholm, 1985; Bonkowski et al., 2012).

Аналогичным образом происходит высвобождение фосфора и других питательных элементов. Как отмечают Bonkowski et al. (2012), протисты выделяют фосфор в форме, доступной для растений, что особенно важно в почвах с низким содержанием доступного фосфора.

Количественные оценки

Количественные оценки вклада протистов в круговорот питательных веществ впечатляют. Как отмечает Clarholm (1985), в некоторых экосистемах протисты могут высвобождать до 30–40% азота, доступного для растений.

Исследования в ризосфере показали, что присутствие протистов увеличивает минерализацию азота на 20–50% (Bonkowski et al., 2012). Это происходит как за счёт прямого выделения аммония протистами, так и за счёт стимуляции бактериальной активности (Clarholm, 1985; Bonkowski et al., 2012).

Важно подчеркнуть, что высвобождение питательных веществ протистами происходит в непосредственной близости от корней растений, поскольку протисты концентрируются в ризосфере благодаря обилию бактериальной пищи (Bonkowski et al., 2012). Это делает питательные вещества немедленно доступными для растений.

Взаимодействие с микоризными грибами

Особый интерес представляет взаимодействие протистов с микоризными грибами — симбионтами растений, которые улучшают снабжение растений фосфором и другими питательными элементами.

Как отмечают Geisen et al. (2018), арбускулярные микоризные грибы (AM) не обладают ферментативными системами для минерализации органического азота и зависят от других микроорганизмов в снабжении минеральным азотом. Протисты, потребляя бактерий, высвобождают аммоний, который затем поглощается гифами микоризных грибов и передаётся растению (Geisen et al., 2018).

Таким образом, протисты и микоризные грибы действуют синергически, обеспечивая растение азотом и фосфором (Geisen et al., 2018; Bonkowski et al., 2012).

Влияние на круговорот углерода

Помимо азота и фосфора, протисты влияют на круговорот углерода в почве. Потребляя бактерий, они выделяют CO₂ в процессе дыхания, что увеличивает общий поток CO₂ из почвы в атмосферу (Bonkowski et al., 2012).

Кроме того, протисты способствуют секвестрации углерода в почве. Как отмечают Geisen et al. (2018), микотрофные протисты, питающиеся грибами, могут способствовать стабилизации органического вещества, поскольку грибной мицелий, не потреблённый протистами, может включаться в почвенные агрегаты и сохраняться в течение длительного времени.

Прямые и косвенные механизмы стимуляции роста растений

Протисты оказывают значительное стимулирующее влияние на рост растений. Это влияние может быть как прямым (через выделение фитогормонов), так и косвенным (через улучшение питания растений и структуры почвы) (Bonkowski et al., 2012; Geisen et al., 2018).

Как отмечают Bonkowski et al. (2012), ещё в ранних исследованиях было показано, что присутствие протистов увеличивает рост растений на 20–50% по сравнению с контролем, где протисты отсутствовали. Этот эффект наблюдался у разных видов растений, включая злаки, бобовые и овощные культуры.

Выделение фитогормонов и сигнальных молекул

Одним из механизмов стимуляции роста растений является выделение протистами фитогормонов и сигнальных молекул. Как показали исследования Krome et al. (2010), присутствие амёбы Acanthamoeba castellanii приводило к увеличению содержания свободных ауксинов в растениях, что стимулировало рост боковых корней.

Ауксины — это класс фитогормонов, регулирующих рост и развитие растений. Увеличение содержания ауксинов под влиянием протистов приводит к формированию более разветвлённой корневой системы, что улучшает поглощение воды и питательных элементов (Bonkowski et al., 2012; Geisen et al., 2018).

Кроме того, протисты могут влиять на синтез цитокининов и других фитогормонов, хотя механизмы этого влияния изучены недостаточно (Bonkowski et al., 2012).

Улучшение структуры почвы

Протисты также способствуют улучшению структуры почвы. Как отмечают Geisen et al. (2018), протисты, потребляя бактерий, выделяют слизь и другие органические соединения, которые склеивают почвенные частицы в агрегаты.

Кроме того, протисты, передвигаясь в почвенных порах, способствуют перемешиванию органического и минерального материала, что улучшает структуру почвы (Bonkowski et al., 2012).

Особую роль в улучшении структуры почвы играют раковинные амёбы и инфузории, которые выделяют значительное количество органических соединений (Bonkowski et al., 2012; Geisen et al., 2018).

Влияние на доступность питательных веществ

Как уже отмечалось, протисты увеличивают доступность азота и фосфора для растений. Это происходит как за счёт прямого выделения питательных веществ, так и за счёт стимуляции активности бактерий и грибов, участвующих в минерализации органического вещества (Clarholm, 1985; Bonkowski et al., 2012).

Исследования показали, что растения, растущие в присутствии протистов, содержат больше азота и фосфора в тканях, чем растения, растущие без протистов (Bonkowski et al., 2012; Geisen et al., 2018). Это свидетельствует о том, что протисты улучшают питание растений.

Прямой механизм подавления патогенов

Одной из наиболее перспективных функций протистов в агроэкосистемах является их способность подавлять фитопатогены. Как отмечают Fujino et al. (2025), протисты могут подавлять патогены двумя механизмами: прямым и косвенным.

Прямой механизм (direct mechanism) состоит в том, что хищные протисты потребляют фитопатогенные микроорганизмы — грибы, оомицеты и бактерии. Как показали исследования, многие протисты способны питаться спорами и мицелием фитопатогенных грибов (Fujino et al., 2025; Geisen et al., 2018).

Например, амёбы Acanthamoeba и Mayorella способны потреблять споры Fusarium culmorum — опасного патогена многих культур (Fujino et al., 2025). Инфузория Colpoda способна потреблять Ralstonia solanacearum — возбудителя бактериального увядания томатов (Fujino et al., 2025).

Косвенный механизм подавления патогенов

Косвенный механизм (indirect mechanism) состоит в том, что протисты стимулируют активность бактерий-антагонистов фитопатогенов. Как уже отмечалось в разделе 3.1.4, протисты создают селективное давление, которое благоприятствует бактериям, производящим антибиотики и другие защитные соединения (Fujino et al., 2025; Geisen et al., 2018).

Исследования показали, что в присутствии протистов бактерии Pseudomonas fluorescens производят больше антибиотиков, подавляющих рост фитопатогенных грибов (Fujino et al., 2025). Этот эффект был подтверждён в полевых условиях: добавление органических удобрений увеличивало численность протистов, что, в свою очередь, стимулировало активность бактерий-антагонистов и снижало заболеваемость растений (Fujino et al., 2025).

Примеры биоконтроля с участием протистов

В литературе описано несколько примеров успешного биоконтроля фитопатогенов с участием протистов.

Как отмечают Fujino et al. (2025), в ризосфере томатов, поражённых Fusarium wilt, наблюдалась отрицательная корреляция между обилием хищных протистов и патогенов. Это свидетельствует о том, что протисты естественным образом подавляют патогены в почве.

В исследовании Guo et al. (2022) было показано, что в банановых плантациях с органическим удобрением заболеваемость Fusarium wilt была ниже, чем при использовании минеральных удобрений. Это было связано с более высокой численностью хищных протистов и бактерий-антагонистов в органических treatments (Fujino et al., 2025).

Исследования в рисовых полях показали отрицательную корреляцию между обилием хищных протистов и Pythium sp. — опасного патогена риса (Fujino et al., 2025).

Перспективы использования протистов как биоконтрольных агентов

Несмотря на promising результаты, использование протистов как биоконтрольных агентов пока остаётся на стадии экспериментов. Как отмечают Fujino et al. (2025), большинство исследований проводилось в лабораторных условиях, и лишь немногие — в полевых.

Тем не менее, протисты обладают рядом преимуществ перед бактериями и грибами как биоконтрольными агентами. Они способны выживать в почве в форме цист в течение длительного времени, устойчивы к неблагоприятным условиям и могут быть внесены в почву с органическими удобрениями (Fujino et al., 2025; Geisen et al., 2018).

Почему протисты могут быть индикаторами здоровья почвы

Протисты обладают рядом свойств, которые делают их удобными индикаторами состояния почвы. Как отмечают Geisen et al. (2018), эти свойства включают:

• Короткое время генерации (часы-дни), что позволяет им быстро реагировать на изменения условий;
• Высокое разнообразие и функциональную значимость;
• Чувствительность к изменениям окружающей среды (влажность, температура, pH, загрязнение);
• Возможность количественной оценки с помощью молекулярных методов.

Состав и соотношение групп протистов как индикаторы

Разные группы протистов по-разному реагируют на изменения почвенных условий. Это позволяет использовать состав и соотношение групп как индикаторы состояния почвы (Geisen et al., 2018).

Например, как отмечают Bonkowski et al. (2012), в кислых почвах преобладают раковинные амёбы, тогда как в нейтральных — голые амёбы и инфузории. В почвах с высоким содержанием органического вещества выше численность инфузорий и жгутиконосцев, тогда как в бедных почвах — амёб (Bonkowski et al., 2012).

Соотношение хищных и бактериоядных протистов может указывать на состояние пищевой сети: преобладание хищников свидетельствует о зрелости и стабильности сообщества, тогда как преобладание бактериофагов — о молодости и нестабильности (Geisen et al., 2018).

Использование протистов для оценки влияния агротехнологий

Протисты могут использоваться для оценки влияния агротехнологий на здоровье почвы. Как отмечают Geisen et al. (2018), обработка почвы, внесение удобрений и пестицидов оказывают значительное влияние на сообщества протистов.

Исследования показали, что интенсивная обработка почвы снижает численность и разнообразие протистов, особенно крупных форм (Bonkowski et al., 2012). Внесение органических удобрений, напротив, увеличивает численность протистов и стимулирует их активность (Fujino et al., 2025; Geisen et al., 2018).

Пестициды могут оказывать как прямое токсическое действие на протистов, так и косвенное — через изменение численности их пищи (бактерий и грибов) (Geisen et al., 2018; Bonkowski et al., 2012).

Перспективы использования протистов как биоиндикаторов

Несмотря на promising перспективы, использование протистов как биоиндикаторов пока ограничено. Как отмечают Geisen et al. (2018), основные препятствия включают:

• Недостаток знаний о таксономии и экологии многих групп;
• Отсутствие стандартизированных методов оценки;
• Высокую вариабельность сообществ в пространстве и времени.

Тем не менее, с развитием молекулярных методов и накоплением данных, протисты могут стать важным инструментом для оценки здоровья почвы в агроэкосистемах (Geisen et al., 2018; Lentendu et al., 2022).

Взаимодействие с грибами

Протисты взаимодействуют с грибами разнообразными способами. Как отмечают Geisen et al. (2018), многие протисты являются микотрофными — они питаются грибным мицелием и спорами.

Среди микотрофных протистов наиболее обычны амёбы (например, Acanthamoeba, Leptomyxa) и инфузории (например, Grossglockneria) (Geisen et al., 2018). Эти протисты способны потреблять широкий спектр грибов, включая фитопатогенные виды (Fusarium, Pythium) (Fujino et al., 2025; Geisen et al., 2018).

Взаимодействие протистов с грибами не ограничивается хищничеством. Некоторые протисты вступают с грибами в симбиотические отношения, например, образуя лишайники (Raven et al., 2013). Другие протисты, напротив, сами являются паразитами грибов (Geisen et al., 2018).

Взаимодействие с нематодами

Нематоды — одна из наиболее многочисленных групп почвенных животных. Протисты взаимодействуют с нематодами как хищники, потребляя их, и как конкуренты за пищу (Bonkowski et al., 2012).

Крупные протисты, такие как тестатные амёбы и инфузории, способны потреблять нематод, особенно мелких (Geisen et al., 2018). Как отмечают Geisen et al. (2018), некоторые тестатные амёбы используют «стайную охоту» для потребления нематод, которые значительно крупнее их самих.

Кроме того, протисты и нематоды конкурируют за бактериальную пищу. Как показали исследования, удаление амёб из почвенной пищевой сети приводило к увеличению численности бактериоядных нематод на 20–30% (Bonkowski et al., 2012). Это свидетельствует о том, что протисты и нематоды занимают сходные экологические ниши.

Взаимодействие с микроартроподами

Микроартроподы (клещи, коллемболы) — важный компонент почвенной мезофауны. Протисты взаимодействуют с ними как пища и как конкуренты (Bonkowski et al., 2012).

Многие микроартроподы питаются протистами, особенно инфузориями и амёбами. Как отмечают Bonkowski et al. (2012), коллемболы и клещи могут потреблять значительное количество протистов, регулируя их численность.

В свою очередь, протисты могут влиять на микроартропод через изменение состава бактериальных и грибных сообществ, которыми питаются эти животные (Bonkowski et al., 2012; Geisen et al., 2018).

Протисты как связующее звено в почвенной пищевой сети

Таким образом, протисты занимают центральное положение в почвенной пищевой сети. Они потребляют бактерии и грибы (первичные потребители органического вещества) и сами потребляются более крупными организмами — нематодами, микроартроподами, энхитреидами (Bonkowski et al., 2012; Geisen et al., 2018).

Как отмечают Geisen et al. (2018), протисты выполняют роль «узловых» организмов, связывающих микробные и животные компоненты почвенной пищевой сети. Без них потоки энергии и питательных веществ в почве были бы существенно нарушены.

Таксономическое положение

Plasmodiophora brassicae — один из наиболее хорошо изученных паразитических протистов растений. Долгое время этот организм рассматривался как гриб и изучался в курсе микологии. Однако современные молекулярно-генетические исследования показали, что P. brassicae не относится ни к истинным грибам (Eumycota), ни к оомицетам (Oomycota) (Webster & Weber, 2007; Alexopoulos, 1996).

Согласно современной классификации, P. brassicae относится к супергруппе Rhizaria, типу Cercozoa, классу Phytomyxea (Adl et al., 2012; Geisen et al., 2018). Ближайшими родственниками P. brassicae являются другие фитомиксеи — Spongospora, Polymyxa, Ligniera, а также свободноживущие церкозои (Webster & Weber, 2007).

Как отмечает Alexopoulos (1996), фитомиксеи (ранее известные как плазмодиофоромицеты) характеризуются уникальным типом ядерного деления — так называемым «крестообразным» (cruciform) митозом, при котором хромосомы располагаются кольцом вокруг удлинённого ядрышка. Этот признак не встречается ни у грибов, ни у других групп эукариот.

Биология и жизненный цикл

Plasmodiophora brassicae — облигатный паразит, который не может расти и размножаться вне клеток растения-хозяина. Как отмечает Webster & Weber (2007), этот организм заражает преимущественно растения семейства Brassicaceae (капустные), включая культурные виды: капусту, цветную капусту, брокколи, репу, редис, горчицу, рапс.

Жизненный цикл P. brassicae включает несколько стадий (Webster & Weber, 2007; Alexopoulos, 1996):

Покоящиеся споры. В почве покоящиеся споры (resting spores) могут сохранять жизнеспособность в течение 20 лет и более. Они устойчивы к высыханию, перепадам температуры и действию химических веществ (Webster & Weber, 2007). Споры имеют шиповатую поверхность и содержат одну гаплоидную ядерную клетку (Aist & Williams, 1971).

Прорастание и первичная инфекция. При наличии влаги и под влиянием веществ, выделяемых корнями растений семейства Brassicaceae (возможно, аллилизотиоцианатов), покоящиеся споры прорастают, высвобождая подвижные зооспоры с двумя жгутиками неравной длины (Macfarlane, 1970; Webster & Weber, 2007). Зооспоры активно плавают в водной плёнке и прикрепляются к корневым волоскам.

Проникновение в клетку. Процесс проникновения P. brassicae в клетку растения-хозяина был детально изучен Aist и Williams (1971). Зооспора образует цисту на поверхности корневого волоска, внутри которой формируется трубчатая структура (Rohr), содержащая заострённый стержень (Stachel). При контакте с клеточной стенкой растения Rohr выворачивается, образуя адгезивную структуру (adhesorium), а Stachel пробивает клеточную стенку. Протопласт зооспоры (амебоидная клетка) проникает внутрь клетки растения-хозяина.

Первичный плазмодий. Внутри клетки корневого волоска амеба растёт, делится и превращается в первичный (спорангиальный) плазмодий. Этот плазмодий представляет собой многоядерную, лишённую клеточной стенки массу цитоплазмы, которая питается за счёт клетки-хозяина (Webster & Weber, 2007). Ядерные деления на этой стадии имеют крестообразный характер (Alexopoulos, 1996).

Зооспорангии и вторичные зооспоры. Первичный плазмодий распадается на отдельные зооспорангии, каждый из которых содержит 4–8 вторичных зооспор. Вторичные зооспоры морфологически сходны с первичными и способны повторно заражать корневые волоски, завершая асексуальный цикл (Webster & Weber, 2007).

Вторичный плазмодий. После нескольких циклов асексуального размножения плазмодий мигрирует из корневого волоска в более глубокие ткани корня, где формирует вторичный (спорогенный) плазмодий. Этот плазмодий претерпевает мейотические деления и образует покоящиеся споры (Garber & Aist, 1979; Webster & Weber, 2007).

Образование галлов. По мере роста вторичных плазмодиев клетки растения-хозяина подвергаются гипертрофии (увеличению размеров) и гиперплазии (усиленному делению), что приводит к образованию характерных галлов на корнях (Webster & Weber, 2007; Agrios, 2005).

Симптомы и вредоносность

Кила капусты — одно из наиболее опасных заболеваний крестоцветных культур. Как отмечает Agrios (2005), потери урожая от килы могут достигать 50–100% на сильно заражённых полях.

Надземные симптомы. Первые симптомы заболевания проявляются в увядании листьев в жаркую погоду, хотя ночью растения могут восстанавливаться. Постепенно рост растений замедляется, листья желтеют и увядают. Молодые растения могут погибнуть вскоре после заражения (Agrios, 2005; Webster & Weber, 2007).

Корневые симптомы. Наиболее характерные симптомы килы проявляются на корнях. Образуются утолщения (галлы), которые могут быть единичными или сливаться, охватывая всю корневую систему. Галлы имеют веретенообразную, сферическую или бугристую форму (Agrios, 2005). Старые галлы разлагаются под действием бактерий и других микроорганизмов, высвобождая покоящиеся споры в почву.

Влияние на физиологию растения. Как отмечает Webster & Weber (2007), заражение P. brassicae приводит к перестройке метаболизма растения: увеличивается содержание ауксинов (в 1,7 раза) и цитокининов (в 2–3 раза) в тканях галлов. Это вызывает усиленный рост клеток и формирование галлов, которые становятся новым «стоком» для продуктов фотосинтеза. В результате надземная часть растения испытывает недостаток питательных веществ, что приводит к угнетению роста и снижению урожая.

Меры борьбы

Борьба с килой капусты представляет значительные трудности из-за длительного сохранения покоящихся спор в почве и широкого круга растений-хозяев. Как отмечает Webster & Weber (2007), покоящиеся споры P. brassicae могут сохраняться в почве до 20 лет, поэтому кратковременный севооборот неэффективен.

Севооборот. Длительный севооборот с исключением крестоцветных культур на 5–7 лет и более позволяет снизить численность покоящихся спор в почве. Однако даже после длительного перерыва споры могут сохранять жизнеспособность (Agrios, 2005; Webster & Weber, 2007).

Известкование. Внесение извести для повышения pH почвы до 7,2 и выше является одним из наиболее эффективных методов борьбы с килой. При нейтральной или слабощелочной реакции среды прорастание покоящихся спор подавляется (Agrios, 2005; Webster & Weber, 2007). Кроме того, было показано, что добавление бора (10–20 мг/кг почвы) в сочетании с высоким pH suppresses как первичную, так и вторичную инфекцию (Webster & Weber, 2007).

Устойчивые сорта. Выведение устойчивых сортов — наиболее перспективное направление борьбы с килой. Однако, как отмечает Webster & Weber (2007), устойчивость часто определяется одним геном и может быть преодолена новыми расами патогена. К 1975 году было описано 34 физиологические расы P. brassicae (Buczacki et al., 1975). В последние годы в Канаде были выявлены новые вирулентные патотипы, преодолевающие устойчивость коммерческих сортов рапса (Tso et al., 2021).

Агротехнические меры. К дополнительным мерам борьбы относятся: выращивание рассады в стерилизованной почве, улучшение дренажа, уничтожение сорняков семейства Brassicaceae (например, пастушьей сумки), дезинфекция сельскохозяйственной техники (Agrios, 2005; Webster & Weber, 2007).

Таксономическое положение и биология

Spongospora subterranea — второй представитель фитомиксеев, имеющий важное агрономическое значение. Этот организм относится к тому же классу Phytomyxea, что и P. brassicae (Webster & Weber, 2007; Adl et al., 2012).

S. subterranea вызывает порошистую паршу картофеля — заболевание, поражающее клубни картофеля. Как отмечает Webster & Weber (2007), этот паразит также может заражать корни томатов и других растений семейства Solanaceae.

Жизненный цикл S. subterranea сходен с таковым P. brassicae и включает образование покоящихся спор, зооспор, плазмодиев и зооспорангиев. Характерной особенностью является формирование покоящихся спор в виде полых шаров (sporosori), что дало название роду — Spongospora («губчатая спора») (Webster & Weber, 2007).

Симптомы и вредоносность

Симптомы на клубнях. Порошистая парша проявляется в виде небольших пустул (бугорков) на поверхности клубней картофеля. Вначале пустулы светлые, затем темнеют и превращаются в порошащие язвы, содержащие массы покоящихся спор (Webster & Weber, 2007). Поражённые клубни теряют товарный вид и хуже хранятся.

Симптомы на корнях. На корнях картофеля S. subterranea вызывает образование галлов, сходных с таковыми при киле капусты, но меньшего размера (Webster & Weber, 2007).

Вредоносность. Порошистая парша снижает урожай картофеля и его качество. Кроме того, S. subterranea является переносчиком вируса мозаики картофеля (potato mop-top virus), что значительно увеличивает вредоносность этого организма (Webster & Weber, 2007; Draycott, 2006).

Меры борьбы

Меры борьбы с порошистой паршой сходны с таковыми для килы капусты: севооборот, использование здорового посадочного материала, улучшение дренажа (Webster & Weber, 2007). Однако, как отмечает Webster & Weber (2007), трансгенные растения картофеля, содержащие ген белка оболочки вируса мозаики, показали полную устойчивость к вирусу, что открывает перспективы для борьбы с этим заболеванием.

Таксономическое положение и биология

Род Polymyxa включает два вида, имеющих важное агрономическое значение: P. betae и P. graminis. Оба вида относятся к фитомиксеям (класс Phytomyxea) и являются облигатными паразитами растений (Webster & Weber, 2007; Draycott, 2006).

Polymyxa betae заражает растения семейства Chenopodiaceae, включая сахарную свёклу, шпинат и некоторые сорняки (Draycott, 2006). P. graminis заражает злаковые культуры, включая пшеницу, ячмень, рис, кукурузу (Webster & Weber, 2007).

Жизненный цикл Polymyxa сходен с таковым других фитомиксеев. Покоящиеся споры (цистоспоры) прорастают, высвобождая зооспоры, которые заражают клетки корня. В клетках формируются плазмодии, которые затем превращаются в зооспорангии или покоящиеся споры (Draycott, 2006; Webster & Weber, 2007).

Роль как переносчиков вирусов

Наибольшее агрономическое значение Polymyxa spp. состоит в том, что они являются переносчиками (векторами) опасных вирусов растений.

Polymyxa betae и ризомания свёклы. P. betae передаёт вирус некротического пожелтения жилок свёклы (Beet necrotic yellow vein virus, BNYVV) — возбудителя ризомании, одного из наиболее опасных заболеваний сахарной свёклы (Draycott, 2006). Вирус сохраняется в покоящихся спорах P. betae и передаётся зооспорами при заражении корней. Ризомания может снижать урожай сахарной свёклы на 50–60% и более (Draycott, 2006).

Polymyxa graminis и вирусы злаков. P. graminis передаёт несколько вирусов злаковых культур, включая вирус мозаики пшеницы (Wheat mosaic virus), вирус полосатой мозаики ячменя (Barley stripe mosaic virus) и другие (Webster & Weber, 2007). Эти вирусы могут вызывать значительные потери урожая зерновых.

Меры борьбы

Борьба с Polymyxa spp. и передаваемыми ими вирусами представляет значительные трудности, поскольку покоящиеся споры могут сохраняться в почве в течение многих лет (Draycott, 2006).

Севооборот. Длительный севооборот с исключением восприимчивых культур позволяет снизить численность покоящихся спор в почве.

Устойчивые сорта. Выведение устойчивых сортов сахарной свёклы к ризомании является наиболее перспективным направлением. Однако, как отмечает Draycott (2006), устойчивость часто определяется одним геном (Rz) и может быть преодолена новыми патотипами вируса.

Агротехнические меры. Ранний посев, хороший дренаж, избегание избыточного увлажнения почвы снижают риск заражения (Draycott, 2006).

Olpidium

Olpidium — род паразитических протистов, который долгое время рассматривался как представитель хитридиомицетов (Chytridiomycota), но современные исследования показали, что этот организм ближе к другим группам протистов (Webster & Weber, 2007).

Olpidium brassicae паразитирует на корнях капусты и других растений, вызывая образование мелких галлов. Однако наибольшее значение Olpidium имеет как переносчик вирусов, включая вирус некроза табака (Tobacco necrosis virus) и вирус крупных жилок салата (Lettuce big vein virus) (Agrios, 2005; Webster & Weber, 2007).

Ligniera

Ligniera — род фитомиксеев, паразитирующих на корнях различных растений. Эти организмы вызывают образование мелких галлов и могут наносить вред сельскохозяйственным культурам, хотя их экономическое значение меньше, чем у Plasmodiophora или Spongospora (Webster & Weber, 2007).

Другие фитомиксеи

Помимо перечисленных, к фитомиксеям относятся роды Sorodiscus, Woronina, Octomyxa и другие. Большинство из них паразитируют на водных растениях или водорослях и не имеют существенного агрономического значения (Alexopoulos, 1996; Webster & Weber, 2007).

Клеточная стенка

Грибы (Eumycota). Клеточная стенка содержит хитин и глюканы. Хитин — это полимер N-ацетилглюкозамина, который придаёт прочность и устойчивость к ферментативному разложению (Agrios, 2005).

Оомицеты (Oomycota). Клеточная стенка содержит целлюлозу и глюканы, но не содержит хитина. Это сближает оомицетов с бурыми водорослями и другими Stramenopiles (Agrios, 2005).

Фитомиксеи (Phytomyxea). На вегетативной стадии (плазмодий) клеточная стенка отсутствует. Плазмодий окружён только плазматической мембраной и находится в прямом контакте с цитоплазмой клетки-хозяина (Webster & Weber, 2007; Alexopoulos, 1996). Покоящиеся споры имеют толстую стенку, содержащую хитин (Moxham & Buczacki, 1983).

Питание

Грибы. Грибы — осмотрофы: они всасывают растворённые питательные вещества через клеточную стенку. Многие грибы выделяют ферменты, разрушающие клеточные стенки растений, и питаются продуктами гидролиза (Agrios, 2005).

Оомицеты. Оомицеты также являются осмотрофами, но их ферментативный аппарат отличается от такового грибов (Agrios, 2005).

Фитомиксеи. Фитомиксеи — фаготрофы: они поглощают питательные вещества путём фагоцитоза, захватывая участки цитоплазмы клетки-хозяина. Как отмечает Webster & Weber (2007), плазмодии P. brassicae способны образовывать псевдоподии и engulf части цитоплазмы хозяина.

Жизненные циклы

Грибы. Жизненные циклы грибов разнообразны и включают как асексуальные, так и половые стадии. Многие грибы образуют мицелий — сеть гифов, которые растут и ветвятся (Agrios, 2005).

Оомицеты. Оомицеты образуют неклеточный мицелий и размножаются зооспорами и ооспорами. Половой процесс — оогамия (Agrios, 2005).

Фитомиксеи. Жизненные циклы фитомиксеев включают образование плазмодиев (многоядерных масс цитоплазмы), зооспор и покоящихся спор. Половой процесс до конца не изучен, но предполагается, что он связан с образованием покоящихся спор (Webster & Weber, 2007; Alexopoulos, 1996).

Генетические и молекулярные особенности

Грибы. Грибы — эукариоты с истинным ядром. Их клетки могут содержать одно или несколько ядер. Генетические маркеры (18S рРНК, ITS) используются для идентификации и филогенетического анализа (Agrios, 2005).

Оомицеты. Оомицеты — эукариоты, но их генетические последовательности (18S рРНК) значительно отличаются от таковых грибов, что подтверждает их принадлежность к отдельной эволюционной линии — Stramenopiles (Agrios, 2005).

Фитомиксеи. Фитомиксеи — эукариоты с уникальным типом ядерного деления (крестообразный митоз). Их 18S рРНК последовательности сближают их с Cercozoa (Rhizaria), а не с грибами или оомицетами (Adl et al., 2012; Webster & Weber, 2007).

Сводная таблица отличий

Общая характеристика фототрофных протистов

Фототрофные протисты — это организмы, способные к фотосинтезу, то есть использующие энергию солнечного света для синтеза органических соединений из углекислого газа и воды. В почвах фототрофные протисты представлены несколькими группами: зелёными водорослями, диатомовыми водорослями, эвгленоидами и цианобактериями (Raven et al., 2013; Geisen et al., 2018).

Важно подчеркнуть, что цианобактерии, хотя и рассматриваются традиционно вместе с водорослями, являются прокариотами и не относятся к протистам. Однако в контексте почвенной экологии их часто обсуждают совместно с фототрофными протистами, поскольку они занимают сходные экологические ниши и выполняют сходные функции (Weil, 2017; Raven et al., 2013).

Фототрофные протисты в почвах приурочены преимущественно к верхним горизонтам, куда проникает достаточное количество света для фотосинтеза. Как отмечает Geisen et al. (2018), в некоторых почвах фотосинтезирующие протисты могут составлять значительную часть общего разнообразия протистов, хотя их вклад в общую биомассу обычно невелик.

Почвенные водоросли

Зелёные водоросли (Chlorophyta) — наиболее разнообразная группа почвенных водорослей. Они содержат хлорофиллы a и b, а также вспомогательные пигменты, и запасают крахмал в качестве резервного питательного вещества (Raven et al., 2013). В почвах зелёные водоросли представлены одноклеточными и колониальными формами.

Наиболее обычными родами почвенных зелёных водорослей являются Chlamydomonas, Chlorella, Scenedesmus, Stichococcus, Chlorococcum (Raven et al., 2013; Geisen et al., 2018). Эти организмы способны быстро размножаться при наличии влаги и света, образуя характерные зелёные налёты на поверхности почвы.

Диатомовые водоросли (Bacillariophyceae) — вторая по значимости группа почвенных водорослей. Их отличительная особенность — наличие кремниевого панциря, состоящего из двух створок (Raven et al., 2013). В почвах диатомовые встречаются преимущественно во влажных местообитаниях, где они могут формировать биологические корки.

Как отмечает Geisen et al. (2018), диатомовые играют важную роль в круговороте кремния в почвах. Их кремниевые панцири сохраняются в почве в течение длительного времени после отмирания клеток и могут использоваться для палеоэкологических реконструкций.

Эвгленоиды (Euglenoidea) — группа жгутиконосцев, среди которых встречаются как фототрофные, так и гетеротрофные формы. Фототрофные эвгленоиды содержат хлорофиллы a и b и способны к фотосинтезу, но при отсутствии света могут переходить к гетеротрофному питанию (Ruppert et al., 2008; Raven et al., 2013). В почвах эвгленоиды встречаются реже, чем зелёные водоросли, но могут быть обнаружены во влажных местообитаниях.

Цианобактерии

Цианобактерии (Cyanobacteria) — это прокариотические фотосинтезирующие организмы, которые традиционно рассматривались как «сине-зелёные водоросли» (Raven et al., 2013; Weil, 2017). Цианобактерии содержат хлорофилл a и фикобилипротеины, что придаёт им характерную сине-зелёную окраску.

Цианобактерии широко распространены в почвах, особенно в переувлажнённых местообитаниях, таких как рисовые поля, болота и влажные луга (Weil, 2017). Они способны фиксировать атмосферный азот, что делает их важным компонентом азотного цикла в агроэкосистемах.

Как отмечает Weil (2017), в рисовых полях цианобактерии могут фиксировать от 2 до 40 кг азота на гектар в год, что составляет значительную часть азотного питания риса. Некоторые цианобактерии образуют симбиотические ассоциации с растениями, например, с водным папоротником Azolla, который используется в качестве биоудобрения в странах Юго-Восточной Азии (Weil, 2017).

В аридных и семиаридных регионах цианобактерии являются важным компонентом биологических почвенных корок (biocrusts). Как отмечает Weil (2017), эти корки состоят из цианобактерий, водорослей, грибов, мхов и бактерий, которые совместно формируют сложное сообщество. Биокорки защищают почву от эрозии, увеличивают инфильтрацию воды и обогащают почву азотом.

Роль фототрофных протистов в агроэкосистемах

Фототрофные протисты играют важную роль в агроэкосистемах, хотя их вклад в общую биомассу почвы обычно невелик. Как отмечает Geisen et al. (2018), фотосинтезирующие протисты вносят вклад в первичную продукцию почвенных экосистем, особенно в аридных и семиаридных регионах.

В рисовых полях и других переувлажнённых агроэкосистемах цианобактерии фиксируют атмосферный азот, снижая потребность в азотных удобрениях (Weil, 2017). Кроме того, цианобактерии и водоросли выделяют полисахариды, которые способствуют агрегации почвенных частиц и улучшению структуры почвы (Weil, 2017).

Однако массовое размножение фототрофных протистов в водоёмах может приводить к «цветению» воды, что негативно сказывается на качестве воды и может вызывать гибель рыбы. В агроэкосистемах это явление часто связано с эвтрофикацией — избыточным поступлением биогенных элементов (азота и фосфора) с удобрениями (Weil, 2017; Raven et al., 2013).

Общая характеристика сапротрофных протистов

Сапротрофные протисты — это организмы, которые питаются мёртвым органическим веществом, разлагая его с помощью ферментов и всасывая растворённые продукты разложения. Этот тип питания называется осмотрофией (от греческого osmos — всасывание, trophe — питание) (Hickman et al., 2004; Geisen et al., 2018).

Сапротрофные протисты играют важную роль в разложении органического вещества в почвах и водоёмах. Они способны разлагать широкий спектр органических соединений, включая целлюлозу, хитин, белки, липиды и другие (Geisen et al., 2018).

Основные группы сапротрофных протистов

Среди сапротрофных протистов наиболее обычны оомицеты (Oomycota), которые традиционно рассматривались как грибы, но относятся к Stramenopiles (Adl et al., 2012; Geisen et al., 2018). Оомицеты, такие как Saprolegnia, Achlya, Pythium, являются активными разложителями органического вещества в водных и почвенных экосистемах.

Как отмечает Geisen et al. (2018), многие оомицеты являются свободноживущими сапротрофами, которые разлагают органическое вещество с помощью внеклеточных ферментов. Другие оомицеты являются факультативными или облигатными паразитами растений и животных.

Помимо оомицетов, сапротрофные протисты включают некоторые группы жгутиконосцев (например, Bodo, Cercomonas), которые способны как к фагоцитозу бактерий, так и к осмотрофии (Geisen et al., 2018; Bonkowski et al., 2012).

Роль сапротрофных протистов в разложении органики

Сапротрофные протисты вносят значительный вклад в разложение органического вещества в почвах и водоёмах. Как отмечает Geisen et al. (2018), оомицеты и другие сапротрофные протисты способны разлагать сложные органические соединения, которые не поддаются разложению бактериями.

В водных экосистемах сапротрофные протисты играют ключевую роль в разложении растительных остатков, погибших животных и других органических материалов (Geisen et al., 2018). В почвах их роль менее изучена, но, вероятно, также значительна, особенно во влажных местообитаниях.

Сапротрофные протисты выделяют внеклеточные ферменты, которые расщепляют сложные органические молекулы на простые соединения, доступные для всасывания. Эти соединения затем используются самими протистами или другими микроорганизмами (Geisen et al., 2018).

Взаимодействие с другими микроорганизмами

Сапротрофные протисты взаимодействуют с другими микроорганизмами, прежде всего с бактериями и грибами, в процессе разложения органического вещества. Как отмечает Geisen et al. (2018), сапротрофные протисты могут конкурировать с бактериями за простые органические соединения, но также могут способствовать разложению сложных соединений, недоступных бактериям.

Кроме того, сапротрофные протисты могут потребляться другими организмами, передавая органическое вещество по пищевой цепи. Таким образом, они являются важным звеном в потоке энергии и питательных веществ в экосистемах (Geisen et al., 2018; Bonkowski et al., 2012).

Лишайники

Лишайники — это симбиотические ассоциации грибов и фотосинтезирующих организмов (водорослей или цианобактерий). В лишайниках гриб обеспечивает защиту и поглощение воды и минеральных веществ, а фотосинтезирующий партнёр поставляет органические вещества, синтезированные в процессе фотосинтеза (Raven et al., 2013; Weil, 2017).

Строго говоря, лишайники не являются протистами, поскольку их грибной компонент относится к Fungi, а фотосинтезирующий компонент может быть как протистом (водорослью), так и прокариотом (цианобактерией). Однако в контексте почвенной экологии лишайники часто рассматриваются вместе с протистами, поскольку их фотосинтезирующий компонент может быть протистом (Raven et al., 2013).

Лишайники играют важную роль в почвообразовании, особенно на первичных субстратах, таких как скалы и вулканические породы. Они выделяют органические кислоты, которые разрушают минералы и способствуют накоплению органического вещества (Raven et al., 2013; Weil, 2017).

В агроэкосистемах лишайники встречаются реже, чем в естественных местообитаниях, поскольку они чувствительны к загрязнению и механическому воздействию. Однако они могут быть использованы как индикаторы состояния окружающей среды (Raven et al., 2013).

Миксотрофные протисты

Миксотрофные протисты — это организмы, которые сочетают фотосинтез с гетеротрофным питанием (фагоцитозом или осмотрофией). Как отмечает Geisen et al. (2018), миксотрофия широко распространена среди протистов и позволяет им выживать в условиях, когда фотосинтез невозможен или недостаточен.

Примерами миксотрофных протистов являются некоторые динофлагелляты (например, Gymnodinium, Ceratium), которые способны как к фотосинтезу, так и к фагоцитозу (Ruppert et al., 2008; Geisen et al., 2018). В почвах миксотрофные протисты встречаются реже, чем в водоёмах, но могут быть обнаружены во влажных местообитаниях.

Миксотрофия даёт протистам преимущество в условиях переменной освещённости и доступности питательных веществ. Как отмечает Geisen et al. (2018), в торфяных почвах миксотрофные протисты вносят значительный вклад в секвестрацию углерода.

Другие симбиотические ассоциации

Помимо лишайников, протисты образуют симбиотические ассоциации с другими организмами. Например, некоторые инфузории и жгутиконосцы живут в кишечнике термитов и других животных, где они помогают хозяину переваривать целлюлозу (Ruppert et al., 2008; Hickman et al., 2004).

Другие протисты являются эндосимбионтами беспозвоночных, например, зооксантеллы (динофлагелляты) в тканях кораллов (Ruppert et al., 2008). Эти симбиотические ассоциации играют важную роль в функционировании экосистем, хотя их значение в агроэкосистемах менее изучено.

Кокцидии

Кокцидии (Coccidia) — это группа апикомплексов (Apicomplexa), которые паразитируют в клетках кишечника животных. Наиболее известные роды: Eimeria, Isospora, Cryptosporidium, Toxoplasma (Hickman et al., 2004; Ruppert et al., 2008).

Кокцидии вызывают заболевание кокцидиоз, которое проявляется в виде диареи, обезвоживания и потери веса. У сельскохозяйственных животных кокцидиоз может приводить к значительным экономическим потерям (Hickman et al., 2004; Ruppert et al., 2008).

Как отмечает Hickman et al. (2004), Eimeria — один из наиболее важных в ветеринарном отношении родов кокцидий. Разные виды Eimeria паразитируют у разных животных: E. tenella — у кур, E. bovis — у крупного рогатого скота, E. suis — у свиней. Кокцидиоз у цыплят может вызывать массовую гибель птицы, особенно в условиях скученного содержания.

Жизненный цикл кокцидий включает стадии шизогонии (множественного деления), гаметогонии (образования гамет) и спорогонии (образования ооцист). Ооцисты выделяются с фекалиями и могут сохраняться в почве в течение длительного времени, заражая новых хозяев (Hickman et al., 2004; Ruppert et al., 2008).

Пироплазмы

Пироплазмы (Piroplasmida) — это группа апикомплексов, которые паразитируют в эритроцитах животных. Наиболее известные роды: Babesia, Theileria (Ruppert et al., 2008; Hickman et al., 2004).

Пироплазмы передаются через укусы клещей и вызывают заболевания, известные как пироплазмозы или бабезиозы. У крупного рогатого скота бабезиоз проявляется в виде лихорадки, анемии, желтухи и может приводить к гибели животных (Ruppert et al., 2008; Hickman et al., 2004).

Как отмечает Ruppert et al. (2008), пироплазмы имеют сложный жизненный цикл, включающий чередование хозяев (позвоночных и клещей). В организме позвоночного паразит размножается в эритроцитах, вызывая их разрушение. В организме клеща паразит проходит половой цикл и передаётся следующему поколению клещей через яйца.

Ветеринарное значение

Кокцидии и пироплазмы имеют важное ветеринарное значение, поскольку вызывают заболевания сельскохозяйственных животных и домашних питомцев. Как отмечают Hickman et al. (2004) и Ruppert et al. (2008), эти заболевания могут приводить к значительным экономическим потерям в животноводстве.

Меры борьбы с кокцидиозом включают использование кокцидиостатиков (препаратов, подавляющих развитие кокцидий), соблюдение гигиены содержания животных и профилактические обработки. Борьба с пироплазмозами включает уничтожение клещей-переносчиков и использование противопаразитарных препаратов (Hickman et al., 2004; Ruppert et al., 2008).

Giardia duodenalis (лямблия)

Giardia duodenalis (также известная как G. lamblia или G. intestinalis) — это жгутиконосец, паразитирующий в тонком кишечнике человека и других млекопитающих. Этот паразит вызывает заболевание лямблиоз, которое проявляется в виде диареи, вздутия живота, тошноты и общего недомогания (Hickman et al., 2004; Ruppert et al., 2008).

Как отмечает Hickman et al. (2004), Giardia имеет характерную грушевидную форму с двумя ядрами и восемью жгутиками. Паразит прикрепляется к стенке кишечника с помощью специального диска и питается за счёт хозяина.

Цисты Giardia выделяются с фекалиями и могут сохраняться в почве и воде в течение нескольких недель и даже месяцев. Заражение происходит при употреблении загрязнённой воды или пищи, а также при контакте с загрязнёнными поверхностями (Hickman et al., 2004; Bonkowski et al., 2012).

Лямблиоз широко распространён во всём мире, особенно в странах с низким уровнем санитарии. В развитых странах вспышки лямблиоза часто связаны с загрязнением водопроводной воды или водоёмов, используемых для купания (Hickman et al., 2004).

Entamoeba histolytica (дизентерийная амёба)

Entamoeba histolytica — это амёба, паразитирующая в толстом кишечнике человека. Этот паразит вызывает амёбную дизентерию — заболевание, которое проявляется в виде кровавой диареи, болей в животе и лихорадки (Hickman et al., 2004; Ruppert et al., 2008).

Как отмечает Hickman et al. (2004), E. histolytica может проникать в стенку кишечника, вызывая образование язв. В тяжёлых случаях паразит может распространяться в печень и другие органы, вызывая абсцессы.

Цисты E. histolytica выделяются с фекалиями и могут сохраняться в почве и воде. Заражение происходит при употреблении загрязнённой воды или пищи. Амёбная дизентерия широко распространена в тропических и субтропических регионах, где санитарные условия оставляют желать лучшего (Hickman et al., 2004; Ruppert et al., 2008).

Toxoplasma gondii (токсоплазма)

Toxoplasma gondii — это апикомплекс, паразитирующий в клетках различных тканей человека и животных. Этот паразит вызывает заболевание токсоплазмоз, которое у здоровых людей обычно протекает бессимптомно, но может быть опасным для беременных женщин и людей с ослабленным иммунитетом (Hickman et al., 2004; Ruppert et al., 2008).

Как отмечает Hickman et al. (2004), окончательным хозяином T. gondii являются кошки, в кишечнике которых паразит проходит половой цикл и образует ооцисты. Ооцисты выделяются с фекалиями кошек и могут сохраняться в почве в течение длительного времени.

Заражение человека происходит при употреблении недостаточно термически обработанного мяса, содержащего тканевые цисты, или при контакте с почвой, загрязнённой фекалиями кошек. Токсоплазмоз может вызывать серьёзные осложнения у беременных женщин (врождённый токсоплазмоз) и у людей с ослабленным иммунитетом (Hickman et al., 2004; Ruppert et al., 2008).

Другие паразиты человека

Помимо перечисленных, к протистам, паразитирующим у человека, относятся:

• Cryptosporidium parvum — вызывает криптоспоридиоз, проявляющийся в виде диареи. Ооцисты могут сохраняться в почве и воде и устойчивы к хлорированию (Hickman et al., 2004; Ruppert et al., 2008).

• Cyclospora cayetanensis — вызывает циклоспориаз, характеризующийся диареей. Ооцисты выделяются с фекалиями и могут загрязнять почву и воду (Hickman et al., 2004).

• Balantidium coli — инфузория, паразитирующая в кишечнике человека и свиней. Вызывает балантидиоз, проявляющийся в виде диареи (Ruppert et al., 2008; Hickman et al., 2004).

• Naegleria fowleri — амёба, обитающая в почве и воде. Может вызывать первичный амёбный менингоэнцефалит — редкое, но крайне опасное заболевание (Bonkowski et al., 2012; Geisen et al., 2018).

• Acanthamoeba spp. — амёбы, широко распространённые в почве и воде. Могут вызывать кератит (воспаление роговицы) и гранулематозный амёбный энцефалит у людей с ослабленным иммунитетом (Bonkowski et al., 2012; Geisen et al., 2018).

Санитарное значение и меры профилактики

Паразитические протисты человека имеют важное санитарное значение, особенно в контексте загрязнения почвы и воды. Как отмечает Bonkowski et al. (2012), многие протисты-паразиты могут сохраняться в почве в форме цист или ооцист в течение длительного времени и заражать людей при контакте с загрязнённой почвой или при употреблении загрязнённых продуктов.

Меры профилактики включают соблюдение правил личной гигиены, использование чистой воды, тщательную термическую обработку мяса и овощей, а также защиту почвы и воды от загрязнения фекалиями (Bonkowski et al., 2012; Hickman et al., 2004).

Особое внимание следует уделять санитарному состоянию почвы в агроэкосистемах, поскольку загрязнение почвы патогенными протистами может приводить к заражению сельскохозяйственных культур и животных, а через них — и человека (Bonkowski et al., 2012; Geisen et al., 2018).

Протисты как «троянские кони» для патогенных бактерий

Особого внимания заслуживает роль свободноживущих амёб (например, Acanthamoeba, Naegleria, Hartmannella) как резервуаров для патогенных бактерий. Как отмечают Bonkowski et al. (2012) и Geisen et al. (2018), такие бактерии, как Legionella, Chlamydia, Listeria, Salmonella и Mycobacterium, могут выживать и размножаться внутри клеток амёб.

Это явление получило название «троянский конь» микробного мира: амёбы защищают бактерии от неблагоприятных условий внешней среды и дезинфицирующих средств, а при определённых условиях бактерии могут покидать амёбу и заражать человека (Bonkowski et al., 2012; Geisen et al., 2018).

Как отмечает Geisen et al. (2018), коэволюция бактерий внутри амёб могла привести к тому, что они приобрели способность преодолевать иммунную систему человека. Это делает проблему взаимодействия протистов и патогенных бактерий важной не только для экологии, но и для медицины.

Проблемы диагностики протистных заболеваний

Диагностика заболеваний, вызываемых протистами, представляет значительные трудности, поскольку симптомы этих болезней часто сходны с таковыми при грибных и оомицетных инфекциях. Как отмечает Agrios (2005), кила капусты и порошистая парша картофеля могут быть ошибочно диагностированы как грибные заболевания, что приводит к неправильному выбору мер борьбы.

Кроме того, традиционные методы диагностики, основанные на микроскопии, требуют высокой квалификации и не всегда позволяют отличить протистов от грибов на ранних стадиях инфекции. Как отмечает Tso et al. (2021), для Plasmodiophora brassicae характерна длительная латентная фаза, когда симптомы ещё не проявляются, но патоген уже присутствует в почве.

Молекулярные методы диагностики

Современные молекулярные методы позволяют диагностировать протистные заболевания на ранних стадиях и с высокой точностью. Как отмечает Tso et al. (2021), для диагностики P. brassicae разработаны ПЦР-тесты, основанные на амплификации специфических участков генома.

ПЦР-диагностика килы капусты. Первые ПЦР-тесты для диагностики P. brassicae были разработаны в конце 1990-х годов. Как отмечает Tso et al. (2021), Ito et al. (1999) разработали nested ПЦР на основе гена изопентенилтрансферазы, а Faggian et al. (1999) — на основе ITS-региона рибосомальной ДНК. Эти тесты позволяют обнаружить патоген в почве при концентрации всего 10³ покоящихся спор на грамм почвы (Tso et al., 2021).

Количественная ПЦР (qPCR). Для количественной оценки инокулюма P. brassicae в почве разработаны qPCR-тесты, позволяющие определить численность покоящихся спор. Как отмечает Tso et al. (2021), эти тесты могут быть использованы для оценки риска заражения полей и выбора устойчивых сортов.

Другие методы. Для диагностики Spongospora subterranea также разработаны ПЦР-тесты, основанные на амплификации специфических участков генома (Tso et al., 2021; Draycott, 2006). Для Polymyxa spp. разработаны мультиплексные ПЦР-тесты, позволяющие одновременно обнаруживать несколько видов (Draycott, 2006).

Патотипирование протистов

Определение патотипов (рас) протистов имеет важное значение для выбора устойчивых сортов и разработки стратегий борьбы. Как отмечает Tso et al. (2021), для P. brassicae разработаны дифференциальные наборы, позволяющие различать патотипы по их вирулентности на разных сортах растений.

Дифференциальные наборы. Классический набор Уильямса (Williams, 1966) включает четыре дифференциальных хозяина и позволяет различать до 16 патотипов. Европейский набор ECD (Buczacki et al., 1975) включает 15 хозяев. Канадский набор CCD (Strelkov et al., 2018) включает 13 генотипов и позволяет различать больше патотипов, чем предыдущие наборы (Tso et al., 2021).

Молекулярное патотипирование. Как отмечает Tso et al. (2021), в последние годы разработаны молекулярные методы патотипирования P. brassicae, основанные на анализе полиморфизма ДНК. Эти методы позволяют быстро и точно определять патотипы без трудоёмких биотестов.

Проблемы патотипирования. Как отмечает Tso et al. (2021), существующие дифференциальные наборы основаны на фенотипических признаках (вирулентности), которые не всегда соответствуют генетическим различиям. Кроме того, биотесты требуют много времени (6 недель) и больших затрат труда.

Практические рекомендации по диагностике

Для эффективной диагностики протистных заболеваний рекомендуется комплексный подход, включающий:

1. Визуальный осмотр растений на наличие характерных симптомов (галлы на корнях, пустулы на клубнях) (Agrios, 2005).

2. Микроскопию для обнаружения покоящихся спор или плазмодиев в тканях растений (Tso et al., 2021).

3. Молекулярную диагностику (ПЦР, qPCR) для подтверждения диагноза и количественной оценки инокулюма (Tso et al., 2021).

4. Патотипирование для определения расы патогена и выбора устойчивых сортов (Tso et al., 2021).

Почему протисты могут быть индикаторами

Протисты обладают рядом свойств, которые делают их удобными индикаторами состояния почвы (Geisen et al., 2018):

• Короткое время генерации (часы-дни) позволяет им быстро реагировать на изменения условий.
• Высокое разнообразие и функциональная значимость.
• Чувствительность к изменениям окружающей среды (влажность, температура, pH, загрязнение).
• Возможность количественной оценки с помощью молекулярных методов (Lentendu et al., 2022).

Как отмечает Geisen et al. (2018), состав и соотношение групп протистов могут указывать на состояние почвенной пищевой сети, уровень органического вещества, pH и другие параметры.

Состав и соотношение групп как индикаторы

Разные группы протистов по-разному реагируют на изменения почвенных условий. Это позволяет использовать их как индикаторы (Geisen et al., 2018; Bonkowski et al., 2012).

Кислотность почвы. В кислых почвах преобладают раковинные амёбы (тестатные амёбы), тогда как в нейтральных — голые амёбы и инфузории (Bonkowski et al., 2012). Как отмечает Geisen et al. (2018), раковинные амёбы особенно многочисленны в болотах и торфяниках с низким pH.

Органическое вещество. В почвах с высоким содержанием органического вещества выше численность инфузорий и жгутиконосцев, тогда как в бедных почвах — амёб (Bonkowski et al., 2012).

Соотношение хищных и бактериоядных форм. Преобладание хищных протистов свидетельствует о зрелости и стабильности сообщества, тогда как преобладание бактериофагов — о молодости и нестабильности (Geisen et al., 2018).

Влажность. Протисты чувствительны к влажности почвы. Как отмечает Geisen et al. (2018), в засушливых условиях численность и разнообразие протистов снижаются, а в переувлажнённых — возрастают.

Использование протистов для оценки влияния агротехнологий

Протисты могут использоваться для оценки влияния агротехнологий на здоровье почвы (Geisen et al., 2018; Bonkowski et al., 2012).

Обработка почвы. Интенсивная обработка почвы снижает численность и разнообразие протистов, особенно крупных форм (Bonkowski et al., 2012). Как отмечает Geisen et al. (2018), минимальная обработка (no-till) способствует сохранению более разнообразных сообществ протистов.

Удобрения. Внесение органических удобрений увеличивает численность протистов и стимулирует их активность (Fujino et al., 2025; Geisen et al., 2018). Минеральные удобрения оказывают менее выраженное влияние, но могут изменять состав сообществ.

Пестициды. Пестициды могут оказывать как прямое токсическое действие на протистов, так и косвенное — через изменение численности их пищи (бактерий и грибов) (Geisen et al., 2018; Bonkowski et al., 2012).

Перспективы использования протистов как биоиндикаторов

Несмотря на promising перспективы, использование протистов как биоиндикаторов пока ограничено. Как отмечает Geisen et al. (2018), основные препятствия включают:

• Недостаток знаний о таксономии и экологии многих групп.
• Отсутствие стандартизированных методов оценки.
• Высокую вариабельность сообществ в пространстве и времени.

Тем не менее, с развитием молекулярных методов (метабаркодинг 18S рРНК) и накоплением данных, протисты могут стать важным инструментом для оценки здоровья почвы в агроэкосистемах (Geisen et al., 2018; Lentendu et al., 2022).

Прямой механизм биоконтроля

Хищные протисты способны напрямую потреблять фитопатогенные микроорганизмы, включая грибы, оомицеты и бактерии. Как отмечает Fujino et al. (2025), этот механизм получил название «прямого» (direct mechanism) биоконтроля.

Примеры прямого биоконтроля. Как отмечает Fujino et al. (2025), амёбы Acanthamoeba и Mayorella способны потреблять споры Fusarium culmorum — опасного патогена многих культур. Инфузория Colpoda способна потреблять Ralstonia solanacearum — возбудителя бактериального увядания томатов.

Эффективность. Как отмечают Fujino et al. (2025), эффективность прямого биоконтроля зависит от численности протистов, их пищевых предпочтений и плотности патогена. В лабораторных условиях протисты могут снижать численность патогенов на 50–90%.

Косвенный механизм биоконтроля

Косвенный механизм (indirect mechanism) состоит в том, что протисты стимулируют активность бактерий-антагонистов фитопатогенов. Как уже отмечалось в лекции 3, протисты создают селективное давление, которое благоприятствует бактериям, производящим антибиотики и другие защитные соединения (Fujino et al., 2025; Geisen et al., 2018).

Примеры косвенного биоконтроля. Как отмечает Fujino et al. (2025), в присутствии протистов бактерии Pseudomonas fluorescens производят больше антибиотиков, подавляющих рост фитопатогенных грибов. Этот эффект был подтверждён в полевых условиях: добавление органических удобрений увеличивало численность протистов, что стимулировало активность бактерий-антагонистов и снижало заболеваемость растений.

Синергизм с органическими удобрениями. Как отмечает Fujino et al. (2025), органические удобрения увеличивают численность протистов, которые, в свою очередь, стимулируют активность бактерий-антагонистов. Этот синергизм может быть использован для разработки стратегий биоконтроля.

Перспективы использования протистов как биоконтрольных агентов

Несмотря на promising результаты, использование протистов как биоконтрольных агентов пока остаётся на стадии экспериментов. Как отмечает Fujino et al. (2025), большинство исследований проводилось в лабораторных условиях, и лишь немногие — в полевых.

Преимущества протистов. Протисты обладают рядом преимуществ перед бактериями и грибами как биоконтрольными агентами: они способны выживать в почве в форме цист в течение длительного времени, устойчивы к неблагоприятным условиям и могут быть внесены в почву с органическими удобрениями (Fujino et al., 2025; Geisen et al., 2018).

Проблемы и ограничения. Как отмечает Fujino et al. (2025), основные проблемы включают:

• Недостаток знаний о специфичности протистов к патогенам.
• Сложность масштабирования производства протистов.
• Отсутствие стандартизированных методов внесения.

Перспективы. Как отмечают Fujino et al. (2025) и Geisen et al. (2018), дальнейшие исследования должны быть направлены на:

• Скрининг протистов, эффективных против конкретных патогенов.
• Разработку методов массового культивирования протистов.
• Проведение полевых испытаний для оценки эффективности биоконтроля.

Обработка почвы

Обработка почвы — один из наиболее значимых факторов, влияющих на сообщества протистов. Как отмечает Bonkowski et al. (2012), интенсивная обработка почвы (вспашка, культивация) разрушает почвенные агрегаты, изменяет поровое пространство и снижает численность и разнообразие протистов.

Влияние на разные группы. Как отмечает Geisen et al. (2018), крупные протисты (инфузории, тестатные амёбы) более чувствительны к обработке, чем мелкие (жгутиконосцы, голые амёбы). В обработанных почвах преобладают мелкие формы, способные быстро колонизировать нарушенные местообитания.

Сравнение с no-till. Как отмечает Bonkowski et al. (2012), в системах no-till (без обработки) численность и разнообразие протистов выше, чем в традиционных системах. Это связано с сохранением почвенной структуры и органического вещества.

Удобрения

Внесение удобрений оказывает значительное влияние на сообщества протистов. Как отмечает Geisen et al. (2018), органические удобрения (навоз, компост) увеличивают численность и разнообразие протистов, поскольку они содержат органическое вещество, стимулирующее рост бактерий — пищи протистов.

Органические удобрения. Как отмечает Fujino et al. (2025), органические удобрения увеличивают численность хищных протистов и стимулируют их активность. Это, в свою очередь, стимулирует активность бактерий-антагонистов и снижает заболеваемость растений.

Минеральные удобрения. Как отмечает Geisen et al. (2018), минеральные удобрения оказывают менее выраженное влияние на протистов, но могут изменять состав сообществ. Высокие дозы азотных удобрений могут снижать разнообразие протистов из-за закисления почвы.

Пестициды

Пестициды могут оказывать как прямое, так и косвенное влияние на сообщества протистов. Как отмечает Geisen et al. (2018), прямое токсическое действие пестицидов на протистов изучено недостаточно, но некоторые исследования показывают, что гербициды и инсектициды могут снижать численность и разнообразие протистов.

Косвенное влияние. Как отмечает Bonkowski et al. (2012), пестициды могут влиять на протистов косвенно — через изменение численности их пищи (бактерий и грибов). Например, фунгициды, подавляющие грибы, могут снижать численность микотрофных протистов.

Устойчивость к пестицидам. Как отмечает Geisen et al. (2018), некоторые протисты обладают устойчивостью к пестицидам и могут накапливаться в обработанных почвах. Это может приводить к нарушению пищевых цепей и снижению биоконтрольного потенциала почвы.

Севооборот и покровные культуры

Севооборот и покровные культуры оказывают значительное влияние на сообщества протистов. Как отмечает Geisen et al. (2018), разнообразие растений в севообороте способствует разнообразию протистов, поскольку разные растения выделяют разные корневые экссудаты, стимулирующие разные группы бактерий и грибов.

Покровные культуры. Как отмечает Weil (2017), покровные культуры (например, рожь, рапс, редис) увеличивают численность и разнообразие протистов, особенно в ризосфере. Это связано с поступлением органического вещества и стимуляцией микробной активности.

Влияние на биоконтроль. Как отмечает Fujino et al. (2025), покровные культуры могут стимулировать биоконтрольный потенциал почвы, увеличивая численность хищных протистов и бактерий-антагонистов.

Протисты и разложение загрязнителей

Протисты могут участвовать в разложении органических загрязнителей (нефтепродуктов, пестицидов, промышленных отходов) как напрямую, так и косвенно (Geisen et al., 2018).

Прямое разложение. Как отмечает Geisen et al. (2018), некоторые протисты способны разлагать органические загрязнители с помощью внеклеточных ферментов. Например, оомицеты и некоторые жгутиконосцы способны разлагать нефтепродукты и хлорированные углеводороды.

Косвенное разложение. Как отмечает Geisen et al. (2018), протисты стимулируют активность бактерий, разлагающих загрязнители. Потребляя бактерий, протисты высвобождают питательные вещества, которые стимулируют рост бактерий-деструкторов.

Протисты и тяжёлые металлы

Протисты могут накапливать тяжёлые металлы (свинец, кадмий, медь, цинк) и таким образом участвовать в их детоксикации. Как отмечает Geisen et al. (2018), некоторые протисты (например, тестатные амёбы) способны накапливать металлы в своих раковинках, которые затем захораниваются в почве.

Биоиндикация загрязнения. Как отмечает Geisen et al. (2018), состав сообществ протистов может использоваться для индикации загрязнения почвы тяжёлыми металлами. Некоторые виды протистов чувствительны к металлам, другие — устойчивы, что позволяет использовать их как биоиндикаторы.

Протисты и органические загрязнители

Протисты могут участвовать в разложении органических загрязнителей, включая пестициды и нефтепродукты. Как отмечает Geisen et al. (2018), некоторые протисты способны разлагать эти соединения с помощью внеклеточных ферментов.

Синергизм с бактериями. Как отмечает Geisen et al. (2018), протисты и бактерии действуют синергически в разложении органических загрязнителей. Протисты потребляют бактерий, стимулируя их рост и активность, а также высвобождая питательные вещества, необходимые для разложения.

Перспективы биоремедиации с использованием протистов

Несмотря на promising перспективы, использование протистов в биоремедиации пока остаётся на стадии экспериментов. Как отмечает Geisen et al. (2018), основные проблемы включают:

• Недостаток знаний о способности протистов разлагать конкретные загрязнители.
• Сложность масштабирования процессов биоремедиации.
• Отсутствие стандартизированных методов оценки эффективности.

Перспективы. Как отмечают Geisen et al. (2018), дальнейшие исследования должны быть направлены на:

• Скрининг протистов, эффективных в разложении конкретных загрязнителей.
• Изучение синергизма протистов и бактерий в биоремедиации.
• Разработку методов внесения протистов в загрязнённые почвы.

Световая микроскопия

Световая микроскопия — традиционный и наиболее доступный метод изучения протистов. Как отмечает Abraham et al. (2019), для наблюдения живых протистов используются стереомикроскопы и микроскопы с фазово-контрастной или дифференциально-интерференционно-контрастной оптикой.

Наблюдение живых клеток. Для изучения морфологии протистов клетки помещают на предметное стекло в каплю воды или питательной среды. Однако активное движение многих протистов затрудняет их наблюдение. Для замедления движения используются различные агенты: метилцеллюлоза, полиоксрезин WSR, Protoslo (Abraham et al., 2019). Эти вещества увеличивают вязкость среды и замедляют движение, но могут изменять форму клеток и вызывать премортальные изменения, поэтому их применение ограничено (Abraham et al., 2019).

Иммобилизация клеток. Более предпочтительный метод — иммобилизация клеток с помощью микропипетки и покровного стекла с вазелиновыми «ножками». Клетки слегка сдавливаются между стеклом и покровным стеклом, что позволяет наблюдать их морфологию без химического воздействия (Abraham et al., 2019). Также используются коммерческие микрокомпрессоры (Skovorodkin, 1990).

Морфологические признаки. При световой микроскопии учитываются размер, форма клетки, наличие и строение раковинки (у тестатных амёб), расположение жгутиков или ресничек, строение ядерного аппарата (у инфузорий — макро- и микронуклеусы), наличие и расположение вакуолей, пищеварительных включений (Bonkowski et al., 2012; Ruppert et al., 2008).

Специальные методы окрашивания

Для выявления тонких морфологических деталей применяются различные методы окрашивания.

Серебряное импрегнирование. Как отмечает Abraham et al. (2019), серебряное импрегнирование — наиболее широко используемый метод для изучения морфологии инфузорий. Существуют три основных протокола: импрегнирование серебряным карбонатом (Fernandez-Galiano, 1976), серебряным нитратом (Chatton & Lwoff, 1930) и серебряным протеинатом (протарголом) (Wilbert, 1975). Эти методы выявляют расположение кинетосом, инфрацилиатуру, серебряные линии и ядерный аппарат (Abraham et al., 2019).

Протаргол. Протаргол (silver proteinate) — наиболее ценный метод для таксономии инфузорий, поскольку он выявляет как цилиатуру, так и ядерный аппарат (Abraham et al., 2019). Однако протаргол больше не производится коммерчески и должен синтезироваться в лаборатории (Pan et al., 2013). Процедура включает фиксацию, окрашивание в растворе протаргола, проявление и заключение в бальзам (Abraham et al., 2019).

FLUTAX-окрашивание. Как отмечает Abraham et al. (2019), FLUTAX (флуоресцентное производное таксола) связывается с микротрубочками и позволяет визуализировать цилиатуру и другие микротубулярные структуры. Этот метод быстрее и проще, чем серебряное импрегнирование, но не даёт постоянных препаратов (Arregui et al., 2003).

Feulgen-окрашивание. Для избирательного выявления ядерного аппарата используется реакция Фёльгена, которая окрашивает ДНК в малиновый цвет (Abraham et al., 2019). Этот метод позволяет изучать форму, размер и расположение макро- и микронуклеусов.

DAPI-окрашивание. DAPI — флуоресцентный краситель, связывающийся с ДНК. Он используется для быстрой визуализации ядер протистов с помощью эпифлуоресцентной микроскопии (Abraham et al., 2019; Zhan et al., 2014). Однако DAPI-окрашенные препараты не подходят для длительного хранения.

FISH (флуоресцентная in situ гибридизация). Как отмечает Abraham et al. (2019), FISH позволяет идентифицировать протистов в сложных образцах с помощью флуоресцентно меченных олигонуклеотидных проб, гибридизующихся с целевыми последовательностями рРНК. Этот метод позволяет одновременно идентифицировать таксон и изучать его морфологию (Fried et al., 2002; Zhan et al., 2014).

Электронная микроскопия

Электронная микроскопия (ЭМ) позволяет изучать ультраструктуру протистов, которая важна для таксономии и филогении.

Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ). СЭМ даёт трёхмерное изображение поверхности клетки и позволяет изучать детали морфологии, которые трудно выявить при световой микроскопии (Abraham et al., 2019). Процедура включает фиксацию в смеси OsO₄ и HgCl₂, обезвоживание, высушивание в критической точке и напыление золотом (Abraham et al., 2019). СЭМ используется для изучения раковинок тестатных амёб, панцирей диатомовых, поверхности инфузорий.

Трансмиссионная электронная микроскопия (ТЭМ). ТЭМ позволяет изучать внутреннюю ультраструктуру клетки: строение митохондрий, хлоропластов, ядерной оболочки, жгутикового аппарата, кинетосом, альвеол (Ruppert et al., 2008; Adl et al., 2012). Ультраструктурные признаки широко используются в современной таксономии протистов (Adl et al., 2012; Geisen et al., 2018).

Выделение и культивирование протистов

Культивирование протистов позволяет получить чистые культуры для детального изучения морфологии, физиологии и генетики. Как отмечает Bonkowski et al. (2012), для выделения протистов из почвы используются методы разведения, обогащения и клонирования.

Метод предельных разведений. Почвенную суспензию последовательно разводят в стерильной воде или питательной среде, затем высевают в лунки 96-луночных планшетов. Как отмечает Lentendu et al. (2022), для культивирования протистов используется амёбный солевой раствор (Page, 1988) с добавлением Escherichia coli в качестве пищи. Оптимальные условия: 50 мкл разведения 1:1000 почвенной суспензии и 100 мкл амёбного раствора с клетками E. coli (10⁷ клеток/мл) (Lentendu et al., 2022).

Метод миграции. Для разделения разных типов протистов используется метод миграции (Neff, 1958), основанный на способности протистов активно перемещаться через агаровые мостики (Lentendu et al., 2022).

Клонирование. Для получения аксеничных (беспримесных) культур используются антибиотики (Jones et al., 1973). Однако большинство почвенных протистов не поддаётся культивированию на стандартных средах (Geisen et al., 2018).

Метод наиболее вероятного числа (MPN)

Метод наиболее вероятного числа (Most Probable Number, MPN) — количественный метод оценки численности протистов в почве. Как отмечает Bonkowski et al. (2012), MPN основан на статистической оценке числа жизнеспособных клеток по результатам их роста в последовательных разведениях.

MPN — единственный практический количественный метод для организмов, встречающихся в почве в концентрациях 10³–10⁴ клеток/г (Bonkowski et al., 2012). Однако метод имеет недостатки: он трудоёмок, требует длительного времени (до нескольких недель) и даёт смещённые оценки (Adl, 2003).

Ограничения культуральных методов

Культуральные методы имеют ряд ограничений:

• Большинство почвенных протистов не растёт на стандартных средах (Geisen et al., 2018).
• Культивирование требует значительных затрат времени и труда.
• Некоторые протисты (например, облигатные паразиты) не могут быть культивированы вне организма-хозяина (Webster & Weber, 2007).
• Результаты культивирования могут не отражать реальное разнообразие сообщества (Lentendu et al., 2022).

Выделение ДНК

Молекулярные методы начинаются с выделения тотальной ДНК из почвы или из чистых культур протистов. Как отмечает Lentendu et al. (2022), для выделения ДНК из почвы используются коммерческие наборы, такие как DNeasy PowerSoil (Qiagen) или NucleoSpin Soil (MACHEREY-NAGEL). Обычно используется 0,25–0,3 г почвы (Lentendu et al., 2022).

ПЦР и маркерные гены

Для идентификации протистов используются различные маркерные гены. Как отмечает Lentendu et al. (2022), наиболее широко используется ген 18S рРНК, который содержит как консервативные, так и вариабельные участки.

Ген 18S рРНК. Это наиболее популярный маркер для метабаркодинга протистов. Как отмечает Lentendu et al. (2022), используются гипервариабельные участки V4 и V9. Участок V4 (около 380–420 п.н.) даёт больше филогенетической информации, но имеет большую вариабельность длины. Участок V9 (около 120–150 п.н.) короче, что делает его удобным для секвенирования на платформах с короткими прочтениями (Illumina MiSeq 2×150 п.н.), но он менее информативен (Lentendu et al., 2022).

Праймеры. Для амплификации V4 региона используются праймеры TAReuk454FWD1 и TAReukREV3 (Stoeck et al., 2010; Lentendu et al., 2022). Для V9 региона — праймеры 1389F и 1510R (Amaral-Zettler et al., 2009). Для специфических групп (например, церкозоев, инфузорий) разработаны группоспецифичные праймеры (Lentendu et al., 2022).

ITS и COI. Для некоторых групп протистов используются ITS-регионы (внутренние транскрибируемые спейсеры) и ген COI (цитохромоксидаза I). Как отмечает Lentendu et al. (2022), ITS используется для филогенетических исследований на уровне видов, а COI — для некоторых групп (например, диатомовых).

Метабаркодинг и высокопроизводительное секвенирование

Метабаркодинг — это метод, основанный на амплификации и секвенировании маркерного гена из тотальной ДНК, выделенной из почвы. Как отмечает Lentendu et al. (2022), этот подход позволяет выявить сотни и тысячи операционных таксономических единиц (OTU) или ампликонных вариантов последовательностей (ASV) в одном образце.

Этапы метабаркодинга. Как отмечает Lentendu et al. (2022), процесс включает:

1. Выделение ДНК из почвы.

2. ПЦР-амплификацию маркерного гена с использованием баркодированных праймеров.

3. Очистку и количественную оценку ПЦР-продуктов.

4. Объединение образцов в эквимолярных концентрациях.

5. Секвенирование на платформе Illumina MiSeq (2×300 п.н. или 2×250 п.н.).

6. Биоинформатическую обработку: фильтрация, удаление праймеров и баркодов, ASV-кластеризация, таксономическая идентификация (Lentendu et al., 2022).

Биоинформатические инструменты. Как отмечает Lentendu et al. (2022), для обработки данных используются Cutadapt (Martin, 2011), VSEARCH (Rognes et al., 2016), DADA2 (Callahan et al., 2016). DADA2 позволяет различать ASV с точностью до одного нуклеотида, что важно для выявления криптических видов (Lentendu et al., 2022).

Референсные базы данных

Для таксономической идентификации последовательностей используются специализированные базы данных. Как отмечает Lentendu et al. (2022), для протистов наиболее важны:

• PR² (Protist Ribosomal Reference database) — курированная база последовательностей 18S рРНК протистов (Guillou et al., 2013).
• SILVA — комплексная база данных рибосомальных РНК для всех доменов жизни, включая протистов (Quast et al., 2012). SILVA содержит более 3 миллионов последовательностей SSU и LSU рРНК (Quast et al., 2012).
• MIDORI — база данных митохондриальных последовательностей для метабаркодинга животных (Leray et al., 2022).

Количественные молекулярные методы

qPCR (количественная ПЦР). Как отмечает Tso et al. (2021), qPCR позволяет количественно оценить численность патогенных протистов в почве. Для Plasmodiophora brassicae разработаны qPCR-тесты на основе TaqMan-проб (Wallenhammar et al., 2012; Deora et al., 2015).

ddPCR (цифровая капельная ПЦР). Как отмечает Tso et al. (2021), ddPCR — более точный метод количественной оценки, менее чувствительный к ингибиторам ПЦР. Он использовался для quantification P. brassicae в почве (Wen et al., 2020).

PMA-qPCR. Для различения жизнеспособных и нежизнеспособных клеток используется PMA (пропидий моноазид) в сочетании с qPCR. PMA проникает в клетки с повреждёнными мембранами и связывается с ДНК, предотвращая её амплификацию (Al-Daoud et al., 2016; Tso et al., 2021).

FISH и другие методы in situ

FISH (флуоресцентная in situ гибридизация). Как отмечает Abraham et al. (2019), FISH позволяет идентифицировать протистов в сложных образцах с помощью флуоресцентно меченных проб. Этот метод позволяет одновременно идентифицировать таксон и изучать его морфологию (Fried et al., 2002; Zhan et al., 2014).

Криптические виды

Одной из главных проблем идентификации протистов является наличие криптических видов — морфологически неразличимых, но генетически и экологически различных форм. Как отмечает Geisen et al. (2018), молекулярные методы выявляют огромное количество криптических видов среди протистов.

Например, как отмечает Lentendu et al. (2022), разнообразие генотипов 18S рДНК внутри морфовидов церкомонад может быть очень высоким. Многие генотипы имеют космополитическое распространение, но некоторые — экологически или географически ограничены (Bass et al., 2007; Lentendu et al., 2022).

Полиморфизм и жизненные циклы

Многие протисты имеют сложные жизненные циклы с несколькими морфологически различными стадиями. Как отмечает Geisen et al. (2018), это затрудняет идентификацию, поскольку разные стадии одного вида могут быть описаны как разные виды.

Например, у миксомицетов плазмодиальная и спорообразующая стадии морфологически совершенно различны (Ruppert et al., 2008). У апикомплексов разные стадии жизненного цикла также морфологически различны (Hickman et al., 2004).

Неполнота референсных баз данных

Как отмечает Lentendu et al. (2022), многие последовательности, полученные из окружающей среды, не имеют близких совпадений в референсных базах данных. Это затрудняет таксономическую идентификацию и приводит к тому, что значительная часть последовательностей остаётся неклассифицированной (Geisen et al., 2018; Lentendu et al., 2022).

Смещение амплификации (primer bias)

Разные праймеры по-разному амплифицируют разные группы протистов. Как отмечает Lentendu et al. (2022), универсальные праймеры могут не амплифицировать некоторые группы, что приводит к недооценке их разнообразия. Наоборот, некоторые группы могут амплифицироваться преимущественно, что приводит к переоценке их обилия (Lentendu et al., 2022; Geisen et al., 2018).

Интроны и вариабельность длины

Ген 18S рРНК может содержать интроны, которые нарушают амплификацию и анализ последовательностей. Как отмечает Lentendu et al. (2022), у некоторых тестатных амёб (например, Difflugia bacillarium) в регионе V9 присутствует интрон длиной 427 п.н., а у глиссомонад — интрон около 600 п.н. (Gomaa et al., 2012; Ekelund et al., 2004).

Количественные ограничения

Метабаркодинг даёт относительные, а не абсолютные оценки обилия. Как отмечает Lentendu et al. (2022), количество прочтений не всегда пропорционально численности клеток из-за различий в числе копий гена рРНК, эффективности амплификации и других факторов.

Необходимость сочетания методов

Как отмечает Abraham et al. (2019), для надёжной идентификации протистов необходим интегративный подход,combining morphological and molecular data. Это особенно важно для выявления криптических видов и понимания эволюционных отношений (Geisen et al., 2018; Adl et al., 2012).

Рекомендации по идентификации

Для эффективной идентификации протистов рекомендуется:

1. Использовать морфологические методы (световая и электронная микроскопия, окрашивание) для первичной характеристики.

2. Применять молекулярные методы (ПЦР, метабаркодинг) для точной таксономической идентификации.

3. Использовать количественные методы (MPN, qPCR, ddPCR) для оценки численности.

4. Сочетать данные о морфологии, генетике и экологии для комплексной характеристики (Abraham et al., 2019; Geisen et al., 2018).

Протисты — полифилетическая группа эукариот

Как мы выяснили, протисты не образуют монофилетическую группу. Это полифилетическая совокупность эукариотических организмов, не относящихся к животным, растениям или грибам (Adl et al., 2012; Ruppert et al., 2008). Современная филогения эукариот выделяет несколько супергрупп, включающих протистов: Amoebozoa, Excavata, SAR (Stramenopiles, Alveolata, Rhizaria), Archaeplastida и другие (Adl et al., 2012; Geisen et al., 2018).

Термин «протисты» сохраняет своё значение как удобное обозначение для организмов, которые традиционно изучаются протозоологией и альгологией, но не отражает их эволюционного родства (Ruppert et al., 2008; Hickman et al., 2004).

Огромное таксономическое и функциональное разнообразие

Мы убедились, что почвенные протисты представлены разнообразными группами: амёбами (голыми и раковинными), слизевиками, жгутиконосцами (гетеротрофными и фототрофными), инфузориями (хищными, бактериофагами, детритофагами), церкозоями (раковинными амёбами, солнечниками), апикомплексами и фотосинтезирующими протистами (диатомовыми, зелёными водорослями, цианобактериями) (Bonkowski et al., 2012; Geisen et al., 2018).

Молекулярные методы (метабаркодинг 18S рРНК) выявляют огромное количество ранее неизвестных линий протистов, что свидетельствует о значительной недооценке их разнообразия (Lentendu et al., 2022; Geisen et al., 2018).

Ключевая роль в почвенном микробиоме

Мы показали, что протисты играют центральную роль в функционировании почвенного микробиома. Они участвуют в бактериальной петле, контролируя численность бактерий и высвобождая питательные вещества в доступной для растений форме (Clarholm, 1985; Bonkowski et al., 2012). Протисты стимулируют рост растений как напрямую (через выделение фитогормонов), так и косвенно (через улучшение питания и структуры почвы) (Bonkowski et al., 2012; Geisen et al., 2018).

Протисты способны подавлять фитопатогены как напрямую (потребляя их), так и косвенно (стимулируя активность бактерий-антагонистов), что делает их перспективными агентами биоконтроля (Fujino et al., 2025). Они также могут использоваться как индикаторы здоровья почвы благодаря их чувствительности к изменениям условий и короткому времени генерации (Geisen et al., 2018).

Паразитические протисты растений

Мы рассмотрели паразитических протистов растений. Plasmodiophora brassicae — возбудитель килы капусты, относится к фитомиксеям (Rhizaria, Cercozoa) (Webster & Weber, 2007; Adl et al., 2012). Spongospora subterranea — возбудитель порошистой парши картофеля, также является фитомиксеем (Webster & Weber, 2007). Polymyxa spp. — переносчики опасных вирусов растений, включая вирус ризомании свёклы (BNYVV) (Draycott, 2006).

Мы также обсудили отличия паразитических протистов от грибов и оомицетов по строению клеточной стенки, типу питания, жизненным циклам и генетическим особенностям (Webster & Weber, 2007; Agrios, 2005; Alexopoulos, 1996).

Другие экологические группы протистов

Мы рассмотрели другие экологические группы протистов в агроэкосистемах: фототрофные (почвенные водоросли, цианобактерии), сапротрофные (оомицеты, некоторые жгутиконосцы), симбиотические (лишайники, миксотрофы), паразитов животных (кокцидии, пироплазмы) и паразитов человека (Giardia, Entamoeba, Toxoplasma, Cryptosporidium, Acanthamoeba) (Geisen et al., 2018; Hickman et al., 2004; Ruppert et al., 2008; Weil, 2017).

Мы также обсудили роль свободноживущих амёб как резервуаров для патогенных бактерий — явление «троянского коня» микробного мира (Bonkowski et al., 2012; Geisen et al., 2018).

Практическое значение для агрономии

Мы показали, что знания о протистах имеют прямое практическое значение для агрономии. Молекулярные методы (ПЦР, qPCR, ddPCR) позволяют диагностировать протистные заболевания на ранних стадиях и с высокой точностью (Tso et al., 2021). Протисты могут использоваться как индикаторы состояния почвы (Geisen et al., 2018; Bonkowski et al., 2012). Хищные протисты перспективны как агенты биоконтроля фитопатогенов (Fujino et al., 2025). Агротехнологии (обработка почвы, удобрения, пестициды, севооборот) оказывают значительное влияние на сообщества протистов (Geisen et al., 2018; Weil, 2017). Протисты перспективны для биоремедиации загрязнённых почв (Geisen et al., 2018).

Методы идентификации протистов

Мы рассмотрели методы идентификации протистов: морфологические (световая и электронная микроскопия, специальные методы окрашивания), культуральные (выделение, клонирование, MPN), молекулярные (ПЦР, метабаркодинг 18S рРНК, qPCR, ddPCR) (Abraham et al., 2019; Lentendu et al., 2022; Tso et al., 2021). Мы также обсудили проблемы идентификации: криптические виды, полиморфизм, неполноту баз данных, смещение амплификации, интроны и количественные ограничения (Geisen et al., 2018; Lentendu et al., 2022).

Описание таксономического разнообразия

Одной из главных задач остаётся описание таксономического разнообразия протистов. Как отмечает Geisen et al. (2018), большинство видов протистов ещё не описано, и их биоиндикаторный потенциал неизвестен. Необходимы масштабные исследования по инвентаризации протистов в разных типах почв и агроэкосистемах.

Изучение функциональной роли

Второй важной задачей является изучение функциональной роли протистов в почвенных процессах. Как отмечает Geisen et al. (2018), мы до сих пор плохо понимаем, какие конкретно функции выполняют разные группы протистов и как они взаимодействуют с другими компонентами почвенной биоты.

Разработка методов биоконтроля

Перспективным направлением является разработка методов биоконтроля фитопатогенов с помощью хищных протистов. Как отмечают Fujino et al. (2025), необходимы дальнейшие исследования по скринингу протистов, эффективных против конкретных патогенов, разработке методов их массового культивирования и проведению полевых испытаний.

Использование протистов как биоиндикаторов

Ещё одним перспективным направлением является использование протистов как биоиндикаторов состояния почвы. Как отмечает Geisen et al. (2018), с развитием молекулярных методов и накоплением данных, протисты могут стать важным инструментом для оценки здоровья почвы в агроэкосистемах.

Биоремедиация

Протисты перспективны для биоремедиации загрязнённых почв благодаря их способности разлагать органические загрязнители и накапливать тяжёлые металлы. Как отмечает Geisen et al. (2018), необходимы дальнейшие исследования по скринингу протистов, эффективных в разложении конкретных загрязнителей, и изучению синергизма протистов и бактерий в биоремедиации.

Влияние климатических изменений

Актуальной задачей является изучение влияния климатических изменений на сообщества протистов. Как отмечает Geisen et al. (2018), повышение температуры, изменение режима осадков и другие климатические факторы могут существенно влиять на состав и функционирование сообществ протистов, что, в свою очередь, может отразиться на продуктивности агроэкосистем.

Интеграция протистологии в сельскохозяйственную практику

Наконец, важной задачей является интеграция знаний о протистах в сельскохозяйственную практику. Как отмечает Geisen et al. (2018), необходимо разработать практические рекомендации для агрономов по управлению сообществами протистов для повышения продуктивности и устойчивости агроэкосистем.